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JP2012051062A - Mems device - Google Patents

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JP2012051062A
JP2012051062A JP2010194944A JP2010194944A JP2012051062A JP 2012051062 A JP2012051062 A JP 2012051062A JP 2010194944 A JP2010194944 A JP 2010194944A JP 2010194944 A JP2010194944 A JP 2010194944A JP 2012051062 A JP2012051062 A JP 2012051062A
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JP
Japan
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substrate
movable
surface side
mirror
mems
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Withdrawn
Application number
JP2010194944A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Tachibana
宏明 橘
Kiyohiko Kono
清彦 河野
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Electric Works Co Ltd
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Publication date
Application filed by Panasonic Electric Works Co Ltd filed Critical Panasonic Electric Works Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a MEMS device capable of electrically connecting pads of a device body and the conductive pattern of a mounting substrate via a surface side protective substrate and enhancing electric connection reliability while suppressing the application of unnecessary stress to the device body.SOLUTION: The MEMS device includes a mirror forming substrate (device body) 1 formed by using an SOI substrate (semiconductor substrate) 100 and provided with a plurality of pads 13 at one surface side, a MEMS chip 4 having a first cover substrate (surface side protective substrate) 2 joined to the one surface side of the mirror forming substrate 1 and the mounting substrate 5 on which the MEMS chip 4 is mounted. In the first cover substrate 2, a plurality of conduction parts 202 formed of silicon joined and electrically connected to respective pads 13 of the mirror forming substrate 1 are provided in the thickness dimension of the first cover substrate 2. The conduction parts 202 and conductor patterns 502 of the mounting substrate 5 are electrically connected via solder parts 6 formed so as to stride both of them.

Description

本発明は、MEMS(micro electro mechanical systems)デバイスに関するものである。   The present invention relates to MEMS (micro electro mechanical systems) devices.

従来から、マイクロマシニング技術などを利用して形成されるMEMSデバイスとして、例えば、光スキャナ、加速度センサ、ジャイロセンサなどが広く知られている。   Conventionally, for example, an optical scanner, an acceleration sensor, a gyro sensor, and the like are widely known as MEMS devices formed using a micromachining technique or the like.

ところで、この種のMEMSデバイスは、MEMSチップが実装基板に1次実装されており、この実装基板をプリント配線基板などの配線基板に2次実装して用いられることが多い(例えば、特許文献1参照)。   By the way, in this type of MEMS device, a MEMS chip is primarily mounted on a mounting board, and this mounting board is often used by being secondarily mounted on a wiring board such as a printed wiring board (for example, Patent Document 1). reference).

ここで、特許文献1には、図11(c)に示すように、可動ミラー124が形成されたマイクロミラー(デバイス本体)110と、マイクロミラー110が実装されたベース基板(実装基板)8とを備えた光走査装置(光スキャナ)が開示されている。この光走査装置は、図11(c)におけるマイクロミラー110の下側が、ベース基板8で封止され、マイクロミラー110の上側が、光ビームの入出射が行われる透明基板(表面側保護基板)7で封止されている。なお、図11(c)の光走査装置では、マイクロミラー110と透明基板7とでMEMSチップを構成している。   Here, in Patent Document 1, as shown in FIG. 11C, a micromirror (device main body) 110 on which a movable mirror 124 is formed, and a base substrate (mounting substrate) 8 on which the micromirror 110 is mounted, An optical scanning device (optical scanner) including the above is disclosed. In this optical scanning device, the lower side of the micromirror 110 in FIG. 11C is sealed with the base substrate 8, and the upper side of the micromirror 110 is a transparent substrate (surface-side protective substrate) on which the light beam enters and exits. 7 is sealed. In the optical scanning device of FIG. 11C, the micromirror 110 and the transparent substrate 7 constitute a MEMS chip.

上述のマイクロミラー110は、第1のシリコン基板101aと第2のシリコン基板101bとを絶縁層(SiO層)101cを介して張り合わせたSOI(Silicon on Insulator)基板101を用いて形成されている。 The above-described micromirror 110 is formed using an SOI (Silicon on Insulator) substrate 101 in which a first silicon substrate 101a and a second silicon substrate 101b are bonded together via an insulating layer (SiO 2 layer) 101c. .

マイクロミラー110は、図11(a),(b)に示すように、固定枠111と、固定枠111の内側に配置された可動ミラー124と、固定枠111と可動ミラー124とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部130,130とを備えている。また、マイクロミラー110は、静電駆動型であり、可動ミラー124において一対の捩りばね部130,130を結ぶ方向に直交する方向の両側に可動電極(電気要素)122が形成され、固定枠111に、各可動電極122それぞれに対向する2つの固定電極(電気要素)112が形成されている。また、マイクロミラー110は、各可動電極122および各固定電極112それぞれが各別に接続された4つのパッド113を備えている。   As shown in FIGS. 11A and 11B, the micromirror 110 connects the fixed frame 111, the movable mirror 124 arranged inside the fixed frame 111, the fixed frame 111 and the movable mirror 124, and twists them. A pair of torsion spring portions 130 and 130 capable of deformation is provided. The micromirror 110 is of an electrostatic drive type, and movable electrodes (electric elements) 122 are formed on both sides of the movable mirror 124 in a direction orthogonal to the direction connecting the pair of torsion spring portions 130, 130. In addition, two fixed electrodes (electric elements) 112 facing each movable electrode 122 are formed. The micromirror 110 includes four pads 113 to which each movable electrode 122 and each fixed electrode 112 are connected individually.

ここにおいて、図11(b)では、マイクロミラー110のパッド113と、ベース基板8のリード端子806とがボンディングワイヤ106を介して電気的に接続されている。これに対し、図11(c)では、透明基板7の貫通孔702に充填された金属部706とベース基板8のリード端子806とがボンディングワイヤ106を介して電気的に接続されている。   Here, in FIG. 11B, the pad 113 of the micromirror 110 and the lead terminal 806 of the base substrate 8 are electrically connected via the bonding wire 106. In contrast, in FIG. 11C, the metal portion 706 filled in the through hole 702 of the transparent substrate 7 and the lead terminal 806 of the base substrate 8 are electrically connected via the bonding wire 106.

また、図11(c)に示した光走査装置は、ベース基板8におけるマイクロミラー110側の表面の中央部に、可動ミラー124の揺動空間となる凹部810が形成されており、透明基板7と固定枠111とベース基板8とで囲まれた空間を真空としてあるので、マイクロミラー110の可動ミラー124の振れ角を大きくすることができる。   In the optical scanning device shown in FIG. 11C, a concave portion 810 serving as a swinging space for the movable mirror 124 is formed at the center of the surface of the base substrate 8 on the micromirror 110 side. Since the space surrounded by the fixed frame 111 and the base substrate 8 is a vacuum, the swing angle of the movable mirror 124 of the micromirror 110 can be increased.

特開2005−257944号公報JP 2005-257944 A

ところで、図11(c)に示した光走査装置では、マイクロミラー110に接合される透明基板7の一部に貫通孔702を形成しておき、後に金属で充填することにより、各可動電極122および各固定電極112を、金属部706とボンディングワイヤ106とを介してベース基板8のリード端子806と電気的に接続することができる。   By the way, in the optical scanning device shown in FIG. 11C, a through-hole 702 is formed in a part of the transparent substrate 7 bonded to the micromirror 110, and the movable electrode 122 is filled with metal later. Each fixed electrode 112 can be electrically connected to the lead terminal 806 of the base substrate 8 through the metal portion 706 and the bonding wire 106.

しかしながら、図11(c)に示した光走査装置では、ボンディングワイヤ106が透明基板7の表面よりも突出しているので、ハンドリング時などにボンディングワイヤ106が外部物体と接触してボンディングワイヤ106が破損してしまう恐れがあった。そこで、ボンディングワイヤ106を保護するためにボンディングワイヤ106を覆う樹脂からなる保護部を設けることも考えられるが、保護部に多量の樹脂を必要とし、保護部に起因してマイクロミラー110にかかる応力が大きくなって特性が変化したり、製造時に樹脂が透明基板7における光の入射部位や出射部位の上まで流れて当該樹脂に起因した凹凸が形成され光学特性が変化する恐れがある。   However, in the optical scanning device shown in FIG. 11C, since the bonding wire 106 protrudes from the surface of the transparent substrate 7, the bonding wire 106 is damaged by contact with an external object during handling or the like. There was a fear of doing. In order to protect the bonding wire 106, it may be possible to provide a protective portion made of a resin covering the bonding wire 106, but a large amount of resin is required for the protective portion, and the stress applied to the micromirror 110 due to the protective portion. There is a risk that the characteristic will change due to the increase in the thickness of the resin, and the resin will flow over the light incident part and the light emission part in the transparent substrate 7 at the time of manufacture, thereby forming irregularities due to the resin and changing the optical characteristic.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、表面側保護基板を通してデバイス本体のパッドと実装基板の導体パターンとを電気的に接続でき、且つ、デバイス本体に不要な応力がかかるのを抑制しつつ電気的な接続信頼性を高めることが可能なMEMSデバイスを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and the object thereof is to electrically connect the pad of the device body and the conductor pattern of the mounting substrate through the surface-side protective substrate, and to provide unnecessary stress on the device body. It is an object of the present invention to provide a MEMS device capable of improving electrical connection reliability while suppressing the occurrence of such a problem.

本発明のMEMSデバイスは、半導体基板を用いて形成され複数のパッドを一表面側に備えたデバイス本体、前記デバイス本体の前記一表面側に接合された表面側保護基板を有するMEMSチップと、前記MEMSチップが実装された実装基板とを備え、前記表面側保護基板は、前記デバイス本体の前記各パッドそれぞれと接合されて電気的に接続されたシリコンからなる複数の導電部が、前記表面側保護基板の厚み寸法内で設けられ、且つ、前記各導電部と前記実装基板において前記各導電部それぞれに対応付けられた各導体パターンとが、前記導電部と前記導体パターンとに跨って形成された半田部を介して電気的に接続されてなることを特徴とする。   A MEMS device according to the present invention includes a device main body formed using a semiconductor substrate and provided with a plurality of pads on one surface side, a MEMS chip having a surface-side protective substrate bonded to the one surface side of the device main body, A mounting substrate on which a MEMS chip is mounted, and the surface-side protection substrate includes a plurality of conductive portions made of silicon bonded to and electrically connected to the pads of the device body, and the surface-side protection Each conductive pattern provided within the thickness dimension of the substrate and associated with each conductive portion in the mounting substrate and the mounting substrate is formed across the conductive portion and the conductive pattern. It is electrically connected through a solder part.

このMEMSデバイスにおいて、前記導電部は、前記表面側保護基板における前記デバイス本体側とは反対側において前記表面側保護基板の前記厚み寸法内で前記表面側保護基板の側面まで延設されてなることが好ましい。   In this MEMS device, the conductive portion extends to the side surface of the front surface side protective substrate within the thickness dimension of the front surface side protective substrate on the side opposite to the device body side of the front surface side protective substrate. Is preferred.

このMEMSデバイスにおいて、前記MEMSチップは、前記デバイス本体の他表面側に接合された裏面側保護基板を備え、前記デバイス本体の周部と前記表面側保護基板と裏面側保護基板とで囲まれた空間を気密空間としてあることが好ましい。   In this MEMS device, the MEMS chip includes a back surface side protective substrate bonded to the other surface side of the device body, and is surrounded by a peripheral portion of the device body, the surface side protective substrate, and the back surface side protective substrate. The space is preferably an airtight space.

このMEMSデバイスにおいて、前記MEMSチップは、前記気密空間を真空雰囲気としてあり、前記表面側保護基板と前記裏面側保護基板との一方において前記気密空間に臨む部位にゲッタが配置されてなることが好ましい。   In this MEMS device, it is preferable that the MEMS chip has a vacuum atmosphere in the airtight space, and a getter is disposed at a portion facing the airtight space on one of the front surface side protective substrate and the back surface side protective substrate. .

このMEMSデバイスにおいて、前記実装基板は、前記導体パターンを含む平面よりも凹んだ凹部を有し、当該凹部の内底面に前記MEMSチップが搭載されてなることが好ましい。   In this MEMS device, it is preferable that the mounting substrate has a recess that is recessed from a plane including the conductor pattern, and the MEMS chip is mounted on an inner bottom surface of the recess.

このMEMSデバイスにおいて、前記デバイス本体は、前記一表面側において前記表面側保護基板の周部が接合される外側フレーム部と、前記外側フレーム部の内側に配置され一対の第1の捩ればね部を介して前記外側フレーム部により支持された可動フレーム部と、前記可動フレーム部の内側に位置し前記第1の捩ればね部の並設方向に直交する方向に並設された一対の第2の捩ればね部を介して前記可動フレーム部に支持されたミラー部と、前記外側フレーム部において前記可動フレーム部側に設けられた第1の固定電極と、前記可動フレーム部において前記外側フレーム部側に設けられた第1の可動電極と、前記可動フレーム部において前記ミラー部側に設けられた第2の固定電極と、前記ミラー部において前記可動フレーム部側に設けられた第2の可動電極とを有し、前記第1の可動電極、前記第1の固定電極、前記第2の可動電極、前記第2の固定電極それぞれに電気的に接続された前記各パッドは、前記外側フレーム部に配置されてなることが好ましい。   In this MEMS device, the device main body includes an outer frame portion to which a peripheral portion of the surface-side protection substrate is bonded on the one surface side, and a pair of first twisted spring portions disposed inside the outer frame portion. And a pair of second twists arranged in parallel in a direction orthogonal to the juxtaposition direction of the first twisted springs located inside the movable frame part and the movable frame part supported by the outer frame part A mirror part supported by the movable frame part via a spring part, a first fixed electrode provided on the movable frame part side in the outer frame part, and provided on the outer frame part side in the movable frame part The first movable electrode, the second fixed electrode provided on the mirror part side in the movable frame part, and the movable frame part side provided on the mirror part. Each of the pads electrically connected to each of the first movable electrode, the first fixed electrode, the second movable electrode, and the second fixed electrode. Is preferably arranged in the outer frame portion.

本発明のMEMSデバイスにおいては、表面側保護基板を通してデバイス本体のパッドと実装基板の導体パターンとを電気的に接続でき、且つ、デバイス本体に不要な応力がかかるのを抑制しつつ電気的な接続信頼性を高めることが可能となる。   In the MEMS device of the present invention, the pad of the device body and the conductor pattern of the mounting substrate can be electrically connected through the surface side protective substrate, and the electrical connection is performed while suppressing unnecessary stress on the device body. Reliability can be increased.

実施形態1のMEMSデバイス(光スキャナ)を示し、(a)は概略斜視図、(b)は要部概略断面図である。The MEMS device (optical scanner) of Embodiment 1 is shown, (a) is a schematic perspective view, (b) is a principal part schematic sectional drawing. 同上のMEMSデバイスの概略分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view of a MEMS device same as the above. 同上のMEMSデバイスにおけるMEMSチップを示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A概略断面図、(c)は(a)のA−B概略断面図である。The MEMS chip | tip in a MEMS device same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is an AA schematic sectional view of (a), (c) is an AB schematic sectional view of (a). 同上のMEMSデバイスにおけるMEMSチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is main process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the MEMS chip | tip in a MEMS device same as the above. 同上のMEMSデバイスにおけるMEMSチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is main process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the MEMS chip | tip in a MEMS device same as the above. 実施形態2のMEMSデバイス(光スキャナ)の概略分解斜視図である。FIG. 6 is a schematic exploded perspective view of a MEMS device (optical scanner) according to a second embodiment. 同上のMEMSデバイスの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of a MEMS device same as the above. 同上のMEMSデバイスにおけるMEMSチップの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the MEMS chip in a MEMS device same as the above. 同上のMEMSデバイスにおけるMEMSチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is main process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the MEMS chip | tip in a MEMS device same as the above. 同上のMEMSデバイスにおけるMEMSチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is main process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the MEMS chip | tip in a MEMS device same as the above. 従来例を示し、(a)はマイクロミラーの概略平面図、(b)は(a)のA−A断面に対応しマイクロミラーをベース基板に実装した状態での概略断面図、(c)は(a)のA−A断面に対応する光走査装置の概略断面図である。A conventional example is shown, (a) is a schematic plan view of a micromirror, (b) is a schematic cross-sectional view corresponding to the AA cross section of (a) and the micromirror is mounted on a base substrate, (c) is It is a schematic sectional drawing of the optical scanning apparatus corresponding to the AA cross section of (a).

(実施形態1)
本実施形態では、MEMSデバイスの一例として、光スキャナを例示する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an optical scanner is illustrated as an example of a MEMS device.

以下、本実施形態の光スキャナについて図1〜図3を参照しながら説明する。   Hereinafter, the optical scanner of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態の光スキャナは、MEMSチップ4と、MEMSチップ4が実装された実装基板5とを備えている。   The optical scanner of this embodiment includes a MEMS chip 4 and a mounting substrate 5 on which the MEMS chip 4 is mounted.

MEMSチップ4は、SOI基板100を用いて形成され可動部20にミラー面(光学要素)21が設けられたミラー形成基板1を備えている。ここにおいて、ミラー形成基板1は、ミラー面21が設けられた一表面側に、複数のパッド13を備えている。また、MEMSチップ4は、ミラー形成基板1の上記一表面側に接合された第1のカバー基板2を備えている。また、MEMSチップ4は、ミラー形成基板1の他表面側に接合された第2のカバー基板3を備えている。なお、本実施形態では、SOI基板100が、半導体基板を構成している。また、本実施形態では、ミラー形成基板1が、デバイス本体を構成し、第1のカバー基板2が、表面側保護基板を構成し、第2のカバー基板3が、裏面側保護基板を構成している。   The MEMS chip 4 includes a mirror forming substrate 1 formed using an SOI substrate 100 and having a mirror surface (optical element) 21 provided on a movable portion 20. Here, the mirror forming substrate 1 includes a plurality of pads 13 on one surface side where the mirror surface 21 is provided. The MEMS chip 4 also includes a first cover substrate 2 bonded to the one surface side of the mirror forming substrate 1. The MEMS chip 4 includes a second cover substrate 3 bonded to the other surface side of the mirror forming substrate 1. In the present embodiment, the SOI substrate 100 constitutes a semiconductor substrate. In the present embodiment, the mirror forming substrate 1 constitutes the device body, the first cover substrate 2 constitutes the front surface side protective substrate, and the second cover substrate 3 constitutes the back surface side protective substrate. ing.

ミラー形成基板1は、枠状(ここでは、矩形枠状)の外側フレーム部10と、外側フレーム部10の内側に配置された上述の可動部20と、外側フレーム部10の内側で可動部20を挟む形で配置され外側フレーム部10と可動部20とを連結した一対の捩りばね部(機械要素)30,30とを有している。各捩りばね部30,30は、捩れ変形が可能となっている。   The mirror forming substrate 1 includes a frame-shaped (here, rectangular frame-shaped) outer frame portion 10, the above-described movable portion 20 disposed inside the outer frame portion 10, and a movable portion 20 inside the outer frame portion 10. And a pair of torsion spring parts (mechanical elements) 30 and 30 that are connected to the outer frame part 10 and the movable part 20. Each of the torsion springs 30 and 30 can be torsionally deformed.

外側フレーム部10は、外周形状および内周形状それぞれが矩形状に形成されている。ここにおいて、MEMSチップ4は、ミラー形成基板1および各カバー基板2,3それぞれの外周形状が、矩形状であり、各カバー基板2,3の外形寸法を、ミラー形成基板1の外形寸法に合わせてある。   The outer frame portion 10 has an outer peripheral shape and an inner peripheral shape that are each formed in a rectangular shape. Here, in the MEMS chip 4, the outer peripheral shape of each of the mirror forming substrate 1 and each of the cover substrates 2 and 3 is rectangular, and the outer dimensions of each of the cover substrates 2 and 3 are matched with the outer dimensions of the mirror forming substrate 1. It is.

ミラー形成基板1は、可動部20の平面視形状が矩形状であり、ミラー面21の平面視形状も矩形状としてある。   In the mirror forming substrate 1, the planar view shape of the movable portion 20 is rectangular, and the planar view shape of the mirror surface 21 is also rectangular.

ミラー形成基板1は、上述のSOI基板100をバルクマイクロマシニング技術などにより加工することによって形成してある。SOI基板100は、導電性を有する第1のシリコン層100aと第2のシリコン層(シリコン基板)100bとの間に絶縁層(SiO層)100cが介在している。なお、SOI基板100は、第1のシリコン層100aの厚さを400μm、第2のシリコン層100bの厚さを400μmに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、SOI基板100の一表面である第1のシリコン層100aの表面は(100)面としてある。また、ミラー形成基板1の外形サイズは数mm□程度であるが、特に限定するものではない。 The mirror forming substrate 1 is formed by processing the above-described SOI substrate 100 by a bulk micromachining technique or the like. In the SOI substrate 100, an insulating layer (SiO 2 layer) 100c is interposed between a conductive first silicon layer 100a and a second silicon layer (silicon substrate) 100b. In the SOI substrate 100, the thickness of the first silicon layer 100a is set to 400 μm, and the thickness of the second silicon layer 100b is set to 400 μm. However, these numerical values are examples, and are not particularly limited. Absent. The surface of the first silicon layer 100a, which is one surface of the SOI substrate 100, is a (100) plane. Moreover, although the external size of the mirror formation board | substrate 1 is about several mm □, it does not specifically limit.

ミラー形成基板1の外側フレーム部10は、SOI基板100の第1のシリコン層100a、絶縁層100c、第2のシリコン層100bそれぞれを利用して形成してある。そして、ミラー形成基板1は、外側フレーム部10のうち第1のシリコン層100aにより形成された部位が、第1のカバー基板2の外周部と全周に亘って接合され、外側フレーム部10のうち第2のシリコン層100bにより形成された部位が、第2のカバー基板3の外周部と全周に亘って接合されている。また、ミラー形成基板1は、上記一表面側において、外側フレーム部10に、後述の2つのパッド13が形成されている。各パッド13は、平面視形状が円形状であり、第1の金属膜(例えば、Al−Si膜など)により構成されている。なお、本実施形態では、各パッド13の膜厚を500nmに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。ここで、各パッド13は、外部からの給電用に設けられたものであり、各パッド13の材料としては、第1のシリコン層100aに対してオーミック接触が可能な材料であればよく、Al−Siに限らず、AuやAlなどを採用してもよい。   The outer frame portion 10 of the mirror forming substrate 1 is formed using the first silicon layer 100a, the insulating layer 100c, and the second silicon layer 100b of the SOI substrate 100, respectively. In the mirror forming substrate 1, a portion of the outer frame portion 10 formed by the first silicon layer 100 a is joined to the outer peripheral portion of the first cover substrate 2 over the entire periphery. Of these, the portion formed by the second silicon layer 100 b is bonded to the outer periphery of the second cover substrate 3 over the entire periphery. Further, the mirror forming substrate 1 has two pads 13 to be described later formed on the outer frame portion 10 on the one surface side. Each pad 13 has a circular shape in plan view, and is composed of a first metal film (for example, an Al—Si film). In this embodiment, the film thickness of each pad 13 is set to 500 nm, but this numerical value is an example and is not particularly limited. Here, each pad 13 is provided for power supply from the outside, and the material of each pad 13 may be any material that can make ohmic contact with the first silicon layer 100a. Not only Si but Au, Al, etc. may be adopted.

また、ミラー形成基板1の可動部20および各捩りばね部30,30は、SOI基板100の第1のシリコン層100aを用いて形成されており、外側フレーム部10よりも十分に薄肉となっている。また、可動部20に設けられたミラー面21は、光源(レーザ光源など)からの光を反射するものであり、可動部20において第1のシリコン層100aにより形成された部位上に形成した第2の金属膜(例えば、Al−Si膜など)からなる反射膜21aの表面により構成されている。なお、本実施形態では、反射膜21aの膜厚を500nmに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。   Further, the movable portion 20 and the torsion spring portions 30, 30 of the mirror forming substrate 1 are formed using the first silicon layer 100 a of the SOI substrate 100 and are sufficiently thinner than the outer frame portion 10. Yes. The mirror surface 21 provided in the movable part 20 reflects light from a light source (laser light source or the like), and is formed on a part of the movable part 20 formed by the first silicon layer 100a. The reflection film 21a is composed of two metal films (for example, an Al—Si film). In the present embodiment, the thickness of the reflective film 21a is set to 500 nm, but this numerical value is an example and is not particularly limited.

以下では、図3(a),(b),(c)それぞれの左下に示すように、平面視において一対の捩りばね部30,30の並設方向に直交する方向をx軸方向、一対の捩りばね部30,30の並設方向をy軸方向、x軸方向およびy軸方向に直交する方向をz軸方向として説明する。   In the following, as shown in the lower left of each of FIGS. 3A, 3B, and 3C, the direction orthogonal to the parallel direction of the pair of torsion spring portions 30, 30 in plan view is the x-axis direction, and the pair of The parallel arrangement direction of the torsion springs 30 and 30 will be described as the y-axis direction, and the direction orthogonal to the x-axis direction and the y-axis direction will be described as the z-axis direction.

ミラー形成基板1は、一対の捩りばね部30,30がy軸方向に並設されており、可動部20が、外側フレーム部10に対して一対の捩りばね部30,30の回りで変位可能となっている(y軸方向の軸回りで回動可能となっている)。つまり、一対の捩りばね部30,30は、外側フレーム部10に対して可動部20が揺動自在となるように外側フレーム部10と可動部20とを連結している。言い換えれば、外側フレーム部10の内側に配置される可動部20は、可動部20から相反する2方向へ連続一体に延長された2つの捩りばね部30,30を介して、外側フレーム部10に揺動自在に支持されている。ここで、一対の捩りばね部30,30は、両者のy軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視で可動部20の重心を通るように形成されている。なお、各捩りばね部30,30は、厚み寸法(z軸方向の寸法)を30μm、幅寸法(x軸方向の寸法)を、5μmに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、可動部20およびミラー面21の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、外側フレーム部10の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。   In the mirror forming substrate 1, a pair of torsion spring portions 30, 30 are arranged in parallel in the y-axis direction, and the movable portion 20 can be displaced around the pair of torsion spring portions 30, 30 with respect to the outer frame portion 10. (It can be rotated around the axis in the y-axis direction). That is, the pair of torsion spring portions 30, 30 connects the outer frame portion 10 and the movable portion 20 so that the movable portion 20 can swing with respect to the outer frame portion 10. In other words, the movable portion 20 disposed inside the outer frame portion 10 is connected to the outer frame portion 10 via two torsion spring portions 30 and 30 that are continuously and integrally extended in two opposite directions from the movable portion 20. It is swingably supported. Here, the pair of torsion spring portions 30 and 30 are formed such that a straight line connecting the center lines along the y-axis direction passes through the center of gravity of the movable portion 20 in plan view. Each of the torsion spring portions 30 and 30 has a thickness dimension (dimension in the z-axis direction) set to 30 μm and a width dimension (dimension in the x-axis direction) set to 5 μm, but these numerical values are examples. There is no particular limitation. Moreover, the planar view shape of the movable part 20 and the mirror surface 21 is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, for example. Further, the inner peripheral shape of the outer frame portion 10 is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, for example.

上述のミラー形成基板1は、可動部20において一対の捩りばね部30,30を結ぶ方向(一対の捩りばね部30,30の並設方向)に直交する方向(つまり、x軸方向)の両側に形成された櫛形状の可動電極22を備えている。さらに、ミラー形成基板1は、外側フレーム部10に形成され可動電極22の複数の可動櫛歯片22bに対向する複数の固定櫛歯片12bを有する櫛形状の固定電極12を備えている。ここにおいて、可動電極22と固定電極12とで、静電力により可動部20を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。なお、本実施形態では、駆動手段が、静電力により可動部20を駆動するものであるが、静電駆動式に限らず、例えば、電磁力によって可動部20を駆動する電磁駆動式でもよいし、圧電素子によって可動部20を駆動する圧電駆動式でもよい。   The mirror forming substrate 1 described above has both sides in a direction (that is, the x-axis direction) orthogonal to the direction connecting the pair of torsion spring portions 30 and 30 (the direction in which the pair of torsion spring portions 30 and 30 are juxtaposed) in the movable portion 20. A comb-shaped movable electrode 22 is provided. Further, the mirror forming substrate 1 includes a comb-shaped fixed electrode 12 having a plurality of fixed comb teeth 12b formed on the outer frame portion 10 and facing the plurality of movable comb teeth 22b of the movable electrode 22. Here, the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 constitute an electrostatic drive type driving means for driving the movable portion 20 by electrostatic force. In the present embodiment, the driving means drives the movable part 20 by electrostatic force. However, the driving means is not limited to an electrostatic drive type, and may be an electromagnetic drive type that drives the movable part 20 by an electromagnetic force, for example. Alternatively, a piezoelectric drive type in which the movable portion 20 is driven by a piezoelectric element may be used.

上述の固定電極12は、平面視形状が櫛形状であり、外側フレーム部10のうちy軸方向に沿った枠片部において第1のシリコン層100aにより形成された部位の一部が、櫛骨部12aを構成している。そして、固定電極12は、櫛骨部12aにおける可動部20との対向面(外側フレーム部10におけるy軸方向に沿った内側面)に、多数の固定櫛歯片12bが一対の捩りばね部30,30の並設方向に沿って列設されている。ここで、各固定櫛歯片12bは、第1のシリコン層100aの一部により構成されている。   The above-described fixed electrode 12 has a comb shape in plan view, and a part of the portion formed by the first silicon layer 100a in the frame piece portion along the y-axis direction in the outer frame portion 10 is a comb bone. Part 12a is configured. The fixed electrode 12 has a pair of torsion spring portions 30 having a large number of fixed comb teeth 12b on the surface facing the movable portion 20 of the comb bone portion 12a (the inner surface along the y-axis direction of the outer frame portion 10). , 30 are arranged in a line along the juxtaposed direction. Here, each fixed comb tooth piece 12b is constituted by a part of the first silicon layer 100a.

一方、可動電極22は、可動部20における固定電極12の櫛骨部12a側の櫛骨部22aの側面(可動部20におけるy軸方向に沿った側面)において、第1のシリコン層100aの一部により構成され固定櫛歯片12bにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片22bが上記並設方向に列設されている。ここで、各可動櫛歯片22bは、第1のシリコン層100aの一部により構成されている。   On the other hand, the movable electrode 22 is a part of the first silicon layer 100a on the side surface (side surface along the y-axis direction of the movable portion 20) of the comb portion 22a on the side of the comb portion 12a of the fixed electrode 12 in the movable portion 20. A large number of movable comb teeth 22b that are constituted by the portions and respectively face the fixed comb teeth 12b are arranged in the parallel direction. Here, each movable comb-tooth piece 22b is constituted by a part of the first silicon layer 100a.

櫛形状の固定電極12と櫛形状の可動電極22とは、それぞれの櫛骨部12a,22aが互いに対向し、固定電極12の各固定櫛歯片12bが可動電極22の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片12bと可動櫛歯片22bとが、y軸方向において互いに離間している。したがって、駆動手段では、固定電極12と可動電極22との間に電圧が印加されることにより、固定電極12と可動電極22との間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、y軸方向における固定櫛歯片12bと可動櫛歯片22bとの間の隙間は、例えば、2μm〜5μm程度の範囲で適宜設定すればよい。   In the comb-shaped fixed electrode 12 and the comb-shaped movable electrode 22, the comb bone portions 12 a and 22 a face each other, and the fixed comb teeth 12 b of the fixed electrode 12 are arranged in the comb grooves of the movable electrode 22. The fixed comb teeth 12b and the movable comb teeth 22b are separated from each other in the y-axis direction. Therefore, in the driving means, an electrostatic force acting in a direction attracting each other is generated between the fixed electrode 12 and the movable electrode 22 by applying a voltage between the fixed electrode 12 and the movable electrode 22. In addition, what is necessary is just to set the clearance gap between the fixed comb-tooth piece 12b and the movable comb-tooth piece 22b in a y-axis direction suitably in the range of about 2 micrometers-5 micrometers, for example.

ミラー形成基板1の外側フレーム部10において第1のシリコン層100aにより形成された部位には、一方のパッド13(図2における左側のパッド13a)が各可動電極22に電気的に接続されるとともに他方のパッド13(図2における右側のパッド13b)が各固定電極12に電気的に接続され、且つ、各固定電極12と各可動電極22とが電気的に絶縁されるように、複数(ここでは、3つ)のスリット10aが絶縁層100cに達する深さで形成されている。これにより、外側フレーム部10において第1のシリコン層100aにより形成された部分は、可動部20の各可動電極22と同電位になる第1の導電性構造体11aと、各固定電極12と同電位になる第2の導電性構造体11bとに分けられている。   In the portion formed by the first silicon layer 100a in the outer frame portion 10 of the mirror forming substrate 1, one pad 13 (left pad 13a in FIG. 2) is electrically connected to each movable electrode 22. A plurality (here, the other pad 13 (the right pad 13b in FIG. 2) is electrically connected to each fixed electrode 12, and each fixed electrode 12 and each movable electrode 22 are electrically insulated. Then, three slits 10a are formed to a depth reaching the insulating layer 100c. Thereby, the portion formed by the first silicon layer 100a in the outer frame portion 10 is the same as the first conductive structure 11a having the same potential as each movable electrode 22 of the movable portion 20 and each fixed electrode 12. It is divided into a second conductive structure 11b that becomes a potential.

第1の導電性構造体11aは、各捩りばね部30,30それぞれに連続一体に連結された2つのアンカー部11aa,11abと、一方のパッド13aが形成された島状(ここでは、平面視矩形状)の導電部11acと、一方のアンカー部11aaと島部11acとをつなぐ平面視L字状の導電部11adとで構成されている。また、第2の導電性構造体11bは、第1のシリコン層100aのうち第1の導電性構造体11a以外の残りの部分からなり、他方のパッド13bが形成されている。   The first conductive structure 11a has an island shape (here, in plan view) in which two anchor portions 11aa and 11ab connected to the respective torsion spring portions 30 and 30 are integrally connected and one pad 13a is formed. (Rectangular shape) conductive portion 11ac, and L-shaped conductive portion 11ad in plan view that connects one anchor portion 11aa and island portion 11ac. The second conductive structure 11b is formed of the remaining portion of the first silicon layer 100a other than the first conductive structure 11a, and the other pad 13b is formed.

ここで、ミラー形成基板1では、第1のシリコン層100aに形成する各スリット10aをトレンチとし、各スリット10aの平面視形状を外側フレーム部10の外側面側に開放されない形状としてある。しかして、本実施形態におけるMEMSチップ4では、外側フレーム部10に複数のスリット10aを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部10と第1のカバー基板2との接合性が低下するのを防止することが可能となり、外側フレーム部10と各カバー基板2,3とで囲まれる空間の気密性を確保することができる。   Here, in the mirror forming substrate 1, each slit 10 a formed in the first silicon layer 100 a is a trench, and the shape of each slit 10 a in plan view is a shape that is not opened to the outer surface side of the outer frame portion 10. Therefore, in the MEMS chip 4 according to the present embodiment, the bonding property between the outer frame portion 10 and the first cover substrate 2 is reduced while adopting a structure in which the outer frame portion 10 is formed with a plurality of slits 10a. Can be prevented, and the airtightness of the space surrounded by the outer frame portion 10 and the cover substrates 2 and 3 can be ensured.

また、第1のカバー基板2は、ガラスにより形成された平板状のカバー本体200と、カバー本体200の厚み方向に貫通して設けられ各パッド13それぞれと接合されて電気的に接続される複数の導電部202とを備えている。要するに、第1のカバー基板2は、ミラー形成基板1の各パッド13それぞれと接合されて電気的に接続されるシリコンからなる複数の導電部202が、厚み寸法内で設けられている。なお、第1のカバー基板2の厚さは、300μmに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。   The first cover substrate 2 includes a flat cover body 200 made of glass, and a plurality of first cover substrates 2 that are provided so as to penetrate in the thickness direction of the cover body 200 and are joined and electrically connected to the respective pads 13. The conductive portion 202 is provided. In short, the first cover substrate 2 is provided with a plurality of conductive portions 202 made of silicon that are bonded to and electrically connected to the pads 13 of the mirror forming substrate 1 within the thickness dimension. In addition, although the thickness of the 1st cover board | substrate 2 is set to 300 micrometers, this numerical value is an example and it does not specifically limit it.

ここで、MEMSチップ4は、ミラー形成基板1における可動部20の第1のカバー基板2側への変位空間を確保するために、可動部20および一対の捩ればね部30,30それぞれにおける第1のシリコン層100aの厚みを薄くしてある。要するに、外側フレーム部10よりも内側では、第1のシリコン層100aの厚みを薄くしてある。   Here, the MEMS chip 4 has a first portion in each of the movable portion 20 and the pair of twisted spring portions 30 and 30 in order to ensure a displacement space of the movable portion 20 in the mirror forming substrate 1 toward the first cover substrate 2. The thickness of the silicon layer 100a is reduced. In short, the thickness of the first silicon layer 100a is made thinner inside the outer frame portion 10.

本実施形態におけるMEMSチップ4では、各パッド13の平面視形状を直径が0.5mmの円形状としてあり、各導体部202のミラー形成基板1側での端面の直径を0.5mmよりも小さく設定してあるが、これらの直径は特に限定するものではない。また、パッド13の大きくなるようにしてあるが、各パッド13,13の直径は特に限定するものではなく、また、パッド13の形状も必ずしも円形状とする必要はなく、例えば、正方形状としてもよい。   In the MEMS chip 4 in the present embodiment, the shape of each pad 13 in plan view is a circular shape having a diameter of 0.5 mm, and the diameter of the end surface of each conductor portion 202 on the mirror forming substrate 1 side is smaller than 0.5 mm. Although set, these diameters are not particularly limited. Further, although the pad 13 is made large, the diameter of each pad 13, 13 is not particularly limited, and the shape of the pad 13 does not necessarily need to be a circular shape. Good.

また、導電部202は、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1側とは反対側において第1のカバー基板2の厚み寸法内で第1のカバー基板2の側面まで延設された延設部203を備えている。   The conductive portion 202 extends to the side surface of the first cover substrate 2 within the thickness dimension of the first cover substrate 2 on the opposite side of the first cover substrate 2 from the mirror forming substrate 1 side. The unit 203 is provided.

また、第2のカバー基板3は、パイレックス(登録商標)ガラスなどからなるガラス基板300を加工することにより形成してある。なお、ガラス基板300の厚さは、0.5mm〜1.5mm程度の範囲で設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。   The second cover substrate 3 is formed by processing a glass substrate 300 made of Pyrex (registered trademark) glass or the like. In addition, although the thickness of the glass substrate 300 is set in the range of about 0.5 mm to 1.5 mm, this numerical value is an example and is not particularly limited.

第2のカバー基板3は、ガラス基板300におけるミラー形成基板1側の一表面に、凹部301を形成してある。第2のカバー基板3は、凹部301が、可動部20の変位空間を確保するための変位空間形成用凹部を構成している。ただし、第2のカバー基板3の厚み方向の両面を平面状であっても、第2のカバー基板3が可動部20のz軸方向への変位を妨げない場合には、凹部301を必ずしも形成する必要はない。   The second cover substrate 3 has a recess 301 formed on one surface of the glass substrate 300 on the mirror forming substrate 1 side. In the second cover substrate 3, the concave portion 301 constitutes a displacement space forming concave portion for securing the displacement space of the movable portion 20. However, even if both surfaces in the thickness direction of the second cover substrate 3 are planar, if the second cover substrate 3 does not hinder the displacement of the movable portion 20 in the z-axis direction, the recess 301 is not necessarily formed. do not have to.

ガラス基板300の上記一表面に凹部301を形成する場合は、例えば、サンドブラスト法などにより形成すればよい。また、第2のカバー基板3は、2枚のガラス板を接合して形成してもよく、ミラー形成基板1に近い側に配置するガラス板(以下、第1のガラス板と称する)において凹部301に対応する部位に厚み方向に貫通する開孔部を形成するとともにミラー形成基板1から遠い側に配置するガラス板(以下、第2のガラス板と称する)を平板状としてもよい。なお、第2のカバー基板3は、光を透過させる必要がないので、ガラス基板300に限らず、ミラー形成基板1との接合が容易で且つ半導体基板(SOI基板100)の材料であるSiとの線膨張率差が小さな材料により形成された基板であればよく、例えば、シリコン基板を用いて形成してもよく、この場合の凹部301は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。   When the recess 301 is formed on the one surface of the glass substrate 300, for example, it may be formed by a sandblast method or the like. Further, the second cover substrate 3 may be formed by joining two glass plates, and is recessed in a glass plate (hereinafter referred to as a first glass plate) disposed on the side close to the mirror forming substrate 1. A glass plate (hereinafter referred to as a second glass plate) disposed on the side far from the mirror forming substrate 1 while forming an opening portion penetrating in the thickness direction in a portion corresponding to 301 may be formed into a flat plate shape. Since the second cover substrate 3 does not need to transmit light, the second cover substrate 3 is not limited to the glass substrate 300 but can be easily bonded to the mirror forming substrate 1 and Si, which is a material of the semiconductor substrate (SOI substrate 100). For example, a silicon substrate may be used, and the concave portion 301 in this case may be formed using a photolithography technique and an etching technique. That's fine.

なお、上述のガラス基板300のガラス材料としては、ミラー形成基板1との接合が容易で且つ半導体基板(SOI基板100)の材料であるSiとの線膨張率差が小さな硼珪酸ガラスが好ましく、例えば、コーニング社のパイレックス(登録商標)やショット社のテンパックス(登録商標)などを採用すればよいが、硼珪酸ガラスに限らず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。また、本実施形態では、凹部301の深さを300μm〜800μmの範囲で設定してあるが、これらの数値は一例であり、可動部20のz軸方向への変位量に応じて適宜設定すればよく(つまり、可動部20の回動運動を妨げない深さであればよく)、特に限定するものではない。   The glass material of the glass substrate 300 is preferably borosilicate glass that can be easily bonded to the mirror forming substrate 1 and has a small difference in linear expansion coefficient from Si that is a material of the semiconductor substrate (SOI substrate 100). For example, Corning Pyrex (registered trademark) or Schott Tempax (registered trademark) may be used, but not only borosilicate glass but also soda lime glass, alkali-free glass, quartz glass, etc. May be. In the present embodiment, the depth of the recess 301 is set in a range of 300 μm to 800 μm. However, these numerical values are merely examples, and may be appropriately set according to the amount of displacement of the movable portion 20 in the z-axis direction. What is necessary is just to be the depth which does not prevent the rotational movement of the movable part 20 (that is, what is necessary), and it does not specifically limit.

また、上述のMEMSチップ4では、ミラー形成基板1の外側フレーム部10と第1のカバー基板2と第2のカバー基板3とで囲まれる気密空間を真空とすることで、低消費電力化を図りつつ可動部20の機械振れ角を大きくすることが可能となる。そこで、上述のMEMSチップ4では、上記気密空間を真空としてある。また、上述のMEMSチップ4では、第2のカバー基板3におけるミラー形成基板1との対向面において外側フレーム部10に接合される部位よりも内側の適宜部位(ここでは、凹部301の内底面)にフィルム状のゲッタ9を配置してある。なお、ゲッタ9としては、非蒸発型ゲッタが好ましく、例えば、Zrを主成分とする合金やTiを主成分とする合金などにより形成すればよい。   Further, in the above-described MEMS chip 4, the airtight space surrounded by the outer frame portion 10 of the mirror forming substrate 1, the first cover substrate 2, and the second cover substrate 3 is evacuated to reduce power consumption. It is possible to increase the mechanical deflection angle of the movable portion 20 while being planned. Therefore, in the MEMS chip 4 described above, the airtight space is evacuated. Further, in the MEMS chip 4 described above, an appropriate portion inside the portion that is bonded to the outer frame portion 10 on the surface of the second cover substrate 3 facing the mirror forming substrate 1 (here, the inner bottom surface of the recess 301). A film-like getter 9 is arranged on the surface. The getter 9 is preferably a non-evaporable getter, and may be formed of, for example, an alloy containing Zr as a main component or an alloy containing Ti as a main component.

また、上述のMEMSチップ4は、各導電部202と実装基板5において各導電部202それぞれに対応付けられた各導体パターン502とが、導電部202と導体パターン502とに跨って形成された半田部6を介して電気的に接続されている。ここにおいて、導電部202における半田部6との接合部位には、半田部6の材料である半田との濡れ性の良い金属材料(例えば、Au、Alなど)からなる金属層を形成しておくことが好ましい。また、本実施形態では、導電部202が上述の延設部203を備えているので、半田部6が延設部203の延長方向に沿って形成されるように導電部202と導体パターン502との相対的な位置関係を設定することが好ましい。あるいは、導電部202と導体パターン502との位置関係に基づいて延設部203の延設方向を設定することが好ましい。なお、延設部203は必ずしも設ける必要はなく、この場合は、カバー本体200の厚み方向に貫通した導電部202と実装基板5の導体パターン502とを半田部6を介して電気的に接続すればよい。   In the MEMS chip 4 described above, each conductive part 202 and each conductive pattern 502 associated with each conductive part 202 in the mounting substrate 5 are formed so as to straddle the conductive part 202 and the conductive pattern 502. It is electrically connected via the part 6. Here, a metal layer made of a metal material (for example, Au, Al, etc.) that has good wettability with the solder that is the material of the solder portion 6 is formed at the joint portion of the conductive portion 202 with the solder portion 6. It is preferable. Further, in this embodiment, since the conductive portion 202 includes the above-described extending portion 203, the conductive portion 202 and the conductor pattern 502 are formed so that the solder portion 6 is formed along the extending direction of the extending portion 203. It is preferable to set the relative positional relationship of. Alternatively, it is preferable to set the extending direction of the extending portion 203 based on the positional relationship between the conductive portion 202 and the conductive pattern 502. The extending portion 203 is not necessarily provided. In this case, the conductive portion 202 penetrating in the thickness direction of the cover body 200 and the conductor pattern 502 of the mounting substrate 5 are electrically connected via the solder portion 6. That's fine.

次に、MEMSチップ4の動作について簡単に説明する。   Next, the operation of the MEMS chip 4 will be briefly described.

本実施形態におけるMEMSチップ4では、一対のパッド13,13を通して、対向する可動電極22と固定電極12との間に可動部20を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、可動電極22・固定電極12間に静電力が発生し、可動部20がy軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態におけるMEMSチップ4では、可動電極22・固定電極12間に所定の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部20を揺動させることができる。   In the MEMS chip 4 in this embodiment, the movable electrode 22 is fixed by applying a pulse voltage for driving the movable portion 20 between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 facing each other through the pair of pads 13 and 13. An electrostatic force is generated between the electrodes 12, and the movable part 20 rotates about the axis in the y-axis direction. Therefore, in the MEMS chip 4 in the present embodiment, by applying a pulse voltage having a predetermined driving frequency between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12, an electrostatic force can be periodically generated, and the movable part 20 is It can be swung.

ここで、上述の可動部20は、内部応力に起因して、静止状態でも水平姿勢(xy平面に平行な姿勢)ではなく、きわめて僅かであるが傾いているので、例えば、可動電極22・固定電極12間にパルス電圧が印加されると、静止状態からであっても、可動部20に略垂直な方向(z軸方向)の駆動力が加わり、可動部20が一対の捩りばね部30,30を回動軸として当該一対の捩りばね部30,30を捩りながら回動する。そして、可動電極22・固定電極12間の駆動力を、可動櫛歯片22bと固定櫛歯片12bとが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、可動部20は、慣性力により、一対の捩りばね部30,30を捩りながら回動し続ける。そして、可動部20の回動方向への慣性力と、一対の捩りばね部30,30の復元力とが等しくなったとき、当該回動方向への可動部20の回動が停止する。このとき、可動電極22・固定電極12間に再びパルス電圧が印加されて静電力が発生すると、可動部20は、一対の捩りばね部30,30の復元力と可動電極22および固定電極12により構成される駆動手段の駆動力により、それまでとは逆の方向への回動を開始する。可動部20は、駆動手段の駆動力と一対の捩りばね部30,30の復元力とによる回動を繰り返して、一対の捩りばね部30,30を回動軸として揺動する。   Here, the above-mentioned movable part 20 is not in a horizontal posture (attitude parallel to the xy plane) and is tilted slightly though it is stationary due to internal stress. For example, the movable electrode 22 is fixed. When a pulse voltage is applied between the electrodes 12, a driving force in a direction substantially perpendicular to the movable portion 20 (z-axis direction) is applied even from a stationary state, so that the movable portion 20 has a pair of torsion spring portions 30, The pair of torsion springs 30 and 30 are rotated while twisting about 30 as a rotation axis. Then, when the driving force between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 is released when the movable comb tooth piece 22b and the fixed comb tooth piece 12b are in a posture that completely overlaps, the movable portion 20 has an inertial force. Thus, the pair of torsion springs 30 and 30 continue to rotate while twisting. Then, when the inertial force in the rotational direction of the movable portion 20 and the restoring force of the pair of torsion spring portions 30 and 30 become equal, the rotation of the movable portion 20 in the rotational direction stops. At this time, when an electrostatic force is generated again by applying a pulse voltage between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12, the movable portion 20 is caused by the restoring force of the pair of torsion spring portions 30, 30 and the movable electrode 22 and the fixed electrode 12. By the driving force of the configured driving means, the rotation in the opposite direction is started. The movable portion 20 repeats the rotation by the driving force of the driving means and the restoring force of the pair of torsion spring portions 30 and 30, and swings about the pair of torsion spring portions 30 and 30 as the rotation shaft.

本実施形態におけるMEMSチップ4では、可動部20と一対の捩りばね部30,30とにより構成される振動系の共振周波数の略2倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部20が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角(xy平面に平行な水平面を基準としたときの傾き)が大きくなる。なお、可動電極22・固定電極12間への電圧(駆動電圧)の印加形態や周波数は特に限定するものではなく、例えば、可動電極22・固定電極12間に印加する電圧を正弦波電圧としてもよい。   In the MEMS chip 4 in the present embodiment, the movable part 20 is applied by applying a pulse voltage having a frequency approximately twice the resonance frequency of the vibration system constituted by the movable part 20 and the pair of torsion spring parts 30 and 30. Driven with a resonance phenomenon, the mechanical deflection angle (tilt with respect to a horizontal plane parallel to the xy plane) increases. The application form and frequency of the voltage (drive voltage) between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 are not particularly limited. For example, the voltage applied between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 may be a sine wave voltage. Good.

以下、本実施形態のMEMSデバイスにおけるMEMSチップ4の製造方法について図4を参照しながら説明するが、(a)〜(d)は図3(a)のA−B断面に対応する部分の概略断面を示している。   Hereinafter, a method for manufacturing the MEMS chip 4 in the MEMS device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 4. FIGS. 4A to 4D are schematic views of a portion corresponding to a cross section A-B in FIG. A cross section is shown.

まず、半導体基板であるSOI基板100における第1のシリコン層100aのうち、外側フレーム部10に対応する領域よりも内側の領域を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して薄くする。その後、SOI基板100の上記一表面側に、所定膜厚(例えば、500nm)の金属膜(例えば、Al膜)をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行い、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド13および反射膜21aを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図4(a)に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド13と反射膜21aとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド13と反射膜21aとを同時に形成しているが、各パッド13と反射膜21aとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド13を形成するパッド形成工程と反射膜21aを形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよく、パッド形成工程と反射膜形成工程との順序はどちらが先でもよい。   First, in the first silicon layer 100a of the SOI substrate 100 that is a semiconductor substrate, a region inside the region corresponding to the outer frame portion 10 is thinned by using a photolithography technique and an etching technique. Thereafter, a metal film forming step of forming a metal film (for example, an Al film) having a predetermined film thickness (for example, 500 nm) on the one surface side of the SOI substrate 100 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like is performed. Then, by performing a metal film patterning step of forming each pad 13 and the reflective film 21a by patterning the metal film using an etching technique, the structure shown in FIG. 4A is obtained. In this embodiment, since the material and film thickness of each pad 13 and the reflective film 21a are set to be the same, each pad 13 and the reflective film 21a are formed simultaneously. When the material and film thickness of the film 21a are different, the pad forming process for forming each pad 13 and the reflecting film forming process for forming the reflecting film 21a may be provided separately. Either may be the first in order with the formation step.

上述の各パッド13および反射膜21aを形成した後、SOI基板100の上記一表面側で、第1のシリコン層100aのうち可動部20、一対の捩りばね部30,30、外側フレーム部10、各固定電極12、各可動電極22に対応する部位を覆うようにパターニングされた第1のレジスト層107を形成する。続いて、第1のレジスト層107をマスクとして、第1のシリコン層100aをパターニングする第1のシリコン層パターニング工程(表面側パターニング工程)を行うことによって、図4(b)に示す構造を得る。なお、第1のシリコン層パターニング工程では、第1のシリコン層100aにおいて第1のレジスト層107により覆われていない部位を、絶縁層100cに達する深さ(第1の所定深さ)までエッチングする。この第1のシリコン層パターニング工程での第1のシリコン層100aのエッチングは、誘導結合プラズマ(ICP)型のエッチング装置などの異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第1のシリコン層パターニング工程では、絶縁層100cをエッチングストッパ層として利用している。   After forming each of the pads 13 and the reflective film 21a, on the one surface side of the SOI substrate 100, the movable portion 20, the pair of torsion spring portions 30 and 30, the outer frame portion 10, of the first silicon layer 100a, A first resist layer 107 patterned so as to cover the portions corresponding to the fixed electrodes 12 and the movable electrodes 22 is formed. Subsequently, by using the first resist layer 107 as a mask, a first silicon layer patterning step (surface side patterning step) for patterning the first silicon layer 100a is performed to obtain the structure shown in FIG. . In the first silicon layer patterning step, a portion of the first silicon layer 100a that is not covered with the first resist layer 107 is etched to a depth that reaches the insulating layer 100c (first predetermined depth). . The etching of the first silicon layer 100a in the first silicon layer patterning step may be performed by a dry etching apparatus capable of highly anisotropic etching such as an inductively coupled plasma (ICP) type etching apparatus. In the first silicon layer patterning step, the insulating layer 100c is used as an etching stopper layer.

上述の第1のシリコン層パターニング工程の後、SOI基板100の上記一表面側の第1のレジスト層107を除去する。その後、SOI基板100の上記一表面側の全面に第2のレジスト層108を形成し、続いて、SOI基板100の他表面側で、第2のシリコン層100bのうち外側フレーム部10に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第3のレジスト層109を形成する。そして、第3のレジスト層109をマスクとして、第2のシリコン層100bをパターニングする第2のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図4(c)に示す構造を得る。この第2のシリコン層パターニング工程では、第2のシリコン層100bを絶縁層100cに達する深さ(第2の所定深さ)までエッチングする。要するに、第2のシリコン層パターニング工程は、半導体基板であるSOI基板100を上記他表面から第2の所定深さまでエッチングする裏面側パターニング工程を構成している。第2のシリコン層パターニング工程での第2のシリコン層100bのエッチングは、誘導結合プラズマ(ICP)型のエッチング装置などの異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第2のシリコン層パターニング工程では、絶縁層100cをエッチングストッパ層として利用している。   After the first silicon layer patterning step, the first resist layer 107 on the one surface side of the SOI substrate 100 is removed. Thereafter, a second resist layer 108 is formed on the entire surface of the SOI substrate 100 on the one surface side, and then, on the other surface side of the SOI substrate 100, corresponding to the outer frame portion 10 of the second silicon layer 100b. A third resist layer 109 patterned so as to expose portions other than the portion is formed. Then, using the third resist layer 109 as a mask, a second silicon layer patterning process for patterning the second silicon layer 100b is performed, thereby obtaining the structure shown in FIG. In the second silicon layer patterning step, the second silicon layer 100b is etched to a depth that reaches the insulating layer 100c (second predetermined depth). In short, the second silicon layer patterning step constitutes a back side patterning step of etching the SOI substrate 100, which is a semiconductor substrate, from the other surface to a second predetermined depth. Etching of the second silicon layer 100b in the second silicon layer patterning step may be performed by a dry etching apparatus that has high anisotropy and enables vertical deepening, such as an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus. In the second silicon layer patterning step, the insulating layer 100c is used as an etching stopper layer.

上述の第2のシリコン層パターニング工程の後、SOI基板100の絶縁層100cにおいて外側フレーム部10と可動部20との間の部位、互いに対向する可動電極22と固定電極12との間の部位を、SOI基板100の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板1を形成する。続いて、第2のレジスト層108および第3のレジスト層109を除去する。その後、ミラー形成基板1と、第1のカバー基板2および第3のカバー基板3とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図4(d)に示す構造のMEMSチップ4を得る。   After the above-described second silicon layer patterning step, a portion between the outer frame portion 10 and the movable portion 20 and a portion between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 facing each other in the insulating layer 100c of the SOI substrate 100 are formed. Then, the mirror forming substrate 1 is formed by performing an insulating layer patterning step of etching from the other surface side of the SOI substrate 100. Subsequently, the second resist layer 108 and the third resist layer 109 are removed. Thereafter, the MEMS chip 4 having the structure shown in FIG. 4D is obtained by performing a bonding step of bonding the mirror forming substrate 1 to the first cover substrate 2 and the third cover substrate 3 by anodic bonding or the like. .

上述の接合工程では、ミラー形成基板1のミラー面21を保護する観点から、第1のカバー基板2とミラー形成基板1とを接合する第1の接合過程を行ってから、ミラー形成基板1と第2のカバー基板3とを接合する第2の接合過程を行うことが好ましい。ここで、第1の接合過程では、第1のカバー基板2とミラー形成基板1とを重ねた積層体を、所定真空度(例えば、10Pa以下)の真空中で所定の接合温度(例えば、300℃〜400℃程度)に加熱した状態で、第1のシリコン層100aと第1のカバー基板2との間に第1のカバー基板2側を低電位側として所定電圧(例えば、400V〜800V程度)を印加し、この状態を所定の接合時間(例えば、20分〜60分程度)だけ保持すればよい。また、第2の接合過程では、上述の第1の接合過程に準じて、第2のシリコン層100bと第2のカバー基板3との陽極接合を行う。なお、ミラー形成基板1と第1のカバー基板2および第2のカバー基板3を接合する接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、表面活性化接合法(例えば、常温接合法)などでもよい。また、第1のシリコン層パターニング工程の後に、SOI基板100と第1のカバー基板2とを接合し、その後、第2のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板1を形成し、その後、ミラー形成基板1と第2のカバー基板3とを接合するようにしてもよい。   In the above-described bonding process, from the viewpoint of protecting the mirror surface 21 of the mirror forming substrate 1, after performing the first bonding process of bonding the first cover substrate 2 and the mirror forming substrate 1, It is preferable to perform a second joining process for joining the second cover substrate 3. Here, in the first bonding process, the laminated body in which the first cover substrate 2 and the mirror forming substrate 1 are stacked is subjected to a predetermined bonding temperature (for example, 300 Pa) in a vacuum with a predetermined degree of vacuum (for example, 10 Pa or less). In the state heated to about 400 to about 400 ° C., a predetermined voltage (for example, about 400V to 800V) is set between the first silicon layer 100a and the first cover substrate 2 with the first cover substrate 2 side being a low potential side. ), And this state may be maintained for a predetermined joining time (for example, about 20 to 60 minutes). In the second bonding process, anodic bonding between the second silicon layer 100b and the second cover substrate 3 is performed in accordance with the first bonding process described above. The bonding method for bonding the mirror forming substrate 1 to the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 is not limited to anodic bonding, and may be, for example, a surface activated bonding method (for example, room temperature bonding method). . In addition, after the first silicon layer patterning step, the SOI substrate 100 and the first cover substrate 2 are bonded together, and then the second silicon layer patterning step and the insulating layer patterning step are performed, so that the mirror forming substrate 1 is formed. Then, the mirror forming substrate 1 and the second cover substrate 3 may be bonded.

以上説明したMEMSチップ4の製造方法では、接合工程が終了するまでの全工程をミラー形成基板1、第1のカバー基板2および第2のカバー基板3それぞれについてウェハレベルで行うことでMEMSチップ4を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のMEMSチップ4に分割する分割工程を行うようにしている。要するに、本実施形態におけるMEMSチップ4の製造方法では、ミラー形成基板1を複数形成した第1のウェハと、第1のカバー基板2を複数形成した第2のウェハ(ここでは、ウェハ状の構造物)および第2のカバー基板3を複数形成した第3のウェハとを接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、その後、ウェハレベルパッケージ構造体からミラー形成基板1の外形サイズに分割するようにしているので、第1のカバー基板2および第2のカバー基板3の平面サイズをミラー形成基板1の外形サイズに合わせることができるから、小型のMEMSチップ4の量産性を高めることができる。   In the manufacturing method of the MEMS chip 4 described above, the MEMS chip 4 is obtained by performing all the processes until the bonding process is completed on the mirror forming substrate 1, the first cover substrate 2, and the second cover substrate 3 at the wafer level. A wafer level package structure including a plurality of wafers is formed, and a dividing step of dividing the wafer level package structure into individual MEMS chips 4 is performed. In short, in the method of manufacturing the MEMS chip 4 in the present embodiment, a first wafer having a plurality of mirror forming substrates 1 and a second wafer having a plurality of first cover substrates 2 (here, a wafer-like structure). And a third wafer on which a plurality of second cover substrates 3 are formed are joined together to form a wafer level package structure, and then the wafer level package structure is divided into the outer size of the mirror forming substrate 1. As a result, the planar size of the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 can be adjusted to the outer size of the mirror forming substrate 1, so that the mass productivity of the small MEMS chip 4 can be improved. .

上述の第1のカバー基板2の形成にあたっては、まず、図5(a)に示すように導電性基板であるシリコン基板250の一表面側を加工することにより当該シリコン基板250の上記一表面側に導電部202(ここでは、導電部202が延設部203を備える場合)のもととなる凸部202aを形成する。その後、図5(b)に示すように、シリコン基板250の一表面側にガラスを塗布することで平坦化することにより、シリコン基板250の上記一表面側にカバー本体200のもととなるガラス構造体200aを形成する。続いて、図5(c)に示すように、ガラス構造体200aの表面側(図5(b)における下面側)およびシリコン基板250の他表面側(図5(b)における上面側)それぞれから研磨を行うことにより導電部202の両端面を露出させる。   In forming the first cover substrate 2, the one surface side of the silicon substrate 250 is first processed by processing one surface side of the silicon substrate 250, which is a conductive substrate, as shown in FIG. The convex part 202a used as the base of the electroconductive part 202 (here, when the electroconductive part 202 is provided with the extending part 203) is formed. Thereafter, as shown in FIG. 5B, the surface of the silicon substrate 250 is flattened by applying glass to the surface of the silicon substrate 250, whereby the glass serving as the base of the cover body 200 is formed on the one surface side of the silicon substrate 250. The structure 200a is formed. Subsequently, as shown in FIG. 5C, from the surface side of the glass structure 200a (lower surface side in FIG. 5B) and the other surface side of the silicon substrate 250 (upper surface side in FIG. 5B). By polishing, both end surfaces of the conductive portion 202 are exposed.

また、上述の実装基板5は、MEMSチップ4の各パッド13それぞれが導電部202および半田部6を介して電気的に接続される複数の導体パターン(電極)502が一表面側に形成されている。   Also, the mounting substrate 5 described above has a plurality of conductor patterns (electrodes) 502 formed on one surface side, in which each pad 13 of the MEMS chip 4 is electrically connected via the conductive portion 202 and the solder portion 6. Yes.

また、実装基板5は、プリント配線板などの配線基板(回路基板)に対して2次実装するにあたって、表面実装できるように、側面(側面に形成された切欠部の内面)と裏面とに跨って連続する導体パターン(端子パターン)からなる外部接続電極504が形成されている。しかして、本実施形態のMEMSデバイスでは、実装基板5を上記配線基板に2次実装する場合に半田フィレットを形成でき、実装強度の向上を図れる。なお、実装基板5は、各導体パターン502と外部接続電極504とを電気的に接続する配線用の導体パターン503も形成されている。ただし、実装基板5については、導体パターン502と外部接続電極504とが連続して形成されるような配置にすれば、配線用の導体パターン503は設ける必要はない。   Further, the mounting substrate 5 straddles the side surface (the inner surface of the notch formed on the side surface) and the back surface so that it can be surface-mounted when performing secondary mounting on a wiring substrate (circuit board) such as a printed wiring board. An external connection electrode 504 made of a continuous conductor pattern (terminal pattern) is formed. Therefore, in the MEMS device of this embodiment, when the mounting substrate 5 is secondarily mounted on the wiring substrate, a solder fillet can be formed, and the mounting strength can be improved. The mounting substrate 5 is also provided with a conductor pattern 503 for wiring that electrically connects each conductor pattern 502 and the external connection electrode 504. However, if the mounting substrate 5 is arranged such that the conductor pattern 502 and the external connection electrode 504 are continuously formed, the conductor pattern 503 for wiring need not be provided.

ところで、MEMSチップ4の第1のカバー基板2は、上述のように、ミラー形成基板1の各パッド13それぞれに電気的に接続される導電部202が形成されている。ここにおいて、実装基板5の各導体パターン502は、MEMSチップ4におけるミラー形成基板1の対応するパッド13(導電部202および半田部6を介して電気的に接続さるパッド13)との距離が短くなるように配置されており、延設部203は、1対1で対応するパッド13と導体パターン502との並び方向に沿って走るように形成されている。   By the way, as described above, the first cover substrate 2 of the MEMS chip 4 is formed with the conductive portions 202 that are electrically connected to the respective pads 13 of the mirror forming substrate 1. Here, each conductor pattern 502 of the mounting substrate 5 has a short distance from the corresponding pad 13 (the pad 13 electrically connected via the conductive portion 202 and the solder portion 6) of the mirror forming substrate 1 in the MEMS chip 4. The extending portion 203 is formed so as to run along the direction in which the corresponding pads 13 and the conductor pattern 502 are aligned one-on-one.

また、実装基板5は、中央部に、導体パターン502を含む平面よりも凹んだ凹部501が形成されており、当該凹部501の内底面にMEMSチップ4が搭載されている。しかして、本実施形態のMEMSデバイスでは、実装基板5の凹部501の深さ寸法を適宜設定することにより、ミラー形成基板1の厚み方向に沿った方向におけるパッド13と導体パターン502との高低差を低減でき、半田部6による接続信頼性を高めることができる。ここで、実装基板5の凹部501の深さ寸法は、MEMSチップ4の裏面からパッド13表面までの高さに応じて適宜設定すればよい。言い換えれば、実装基板5の凹部501の深さ寸法を適宜設定することにより、ミラー形成基板1の厚み方向に沿った方向におけるパッド13と導体パターン502との高低差を調整することができる。半田部6をいわゆる半田ブリッジのように形成するには、高低差が略零であることが好ましい。なお、MEMSチップ4は、実装基板5に対して、ダイボンド材を用いて接着されている(ダイボンドされている)。ダイボンド材としては、例えば、樹脂系のダイボンド材(例えば、シリコーン樹脂や、エポキシ樹脂など)を採用すればよいが、実装基板5の凹部501の内底面からパッド13表面までの高さ寸法の精度を高めるために例えば多数の球状のスペーサを混ぜた樹脂を用いてもよい。また、実装基板5は、セラミック基板により形成されているが、特にセラミック基板に限定するものではない。   Further, the mounting substrate 5 has a recess 501 that is recessed from the plane including the conductor pattern 502 at the center, and the MEMS chip 4 is mounted on the inner bottom surface of the recess 501. Therefore, in the MEMS device of this embodiment, the height difference between the pad 13 and the conductor pattern 502 in the direction along the thickness direction of the mirror forming substrate 1 is set by appropriately setting the depth dimension of the recess 501 of the mounting substrate 5. The connection reliability by the solder part 6 can be improved. Here, the depth dimension of the recess 501 of the mounting substrate 5 may be appropriately set according to the height from the back surface of the MEMS chip 4 to the surface of the pad 13. In other words, the height difference between the pad 13 and the conductor pattern 502 in the direction along the thickness direction of the mirror forming substrate 1 can be adjusted by appropriately setting the depth dimension of the recess 501 of the mounting substrate 5. In order to form the solder portion 6 like a so-called solder bridge, it is preferable that the height difference is substantially zero. The MEMS chip 4 is bonded to the mounting substrate 5 using a die bond material (die bonded). As the die bond material, for example, a resin-based die bond material (for example, a silicone resin or an epoxy resin) may be employed. However, the height dimension accuracy from the inner bottom surface of the recess 501 of the mounting substrate 5 to the surface of the pad 13 is not limited. For example, a resin mixed with a large number of spherical spacers may be used. The mounting substrate 5 is formed of a ceramic substrate, but is not limited to a ceramic substrate.

本実施形態のMEMSデバイスの製造にあたっては、上述のMEMSチップ4の製造方法により製造されたMEMSチップ4を実装基板5に接着することで実装基板5に搭載するチップ搭載工程を行い、その後、MEMSチップ4における第1のカバー基板2の導電部202と実装基板5の導体パターン502とを半田部6を介して電気的に接続する電気接続工程を行うようにすればよい。   In manufacturing the MEMS device of the present embodiment, a chip mounting process is performed in which the MEMS chip 4 manufactured by the above-described manufacturing method of the MEMS chip 4 is bonded to the mounting substrate 5 to be mounted on the mounting substrate 5. What is necessary is just to perform the electrical connection process which electrically connects the electroconductive part 202 of the 1st cover substrate 2 in the chip | tip 4 and the conductor pattern 502 of the mounting board | substrate 5 via the solder part 6. FIG.

以上説明した本実施形態のMEMSデバイス(光スキャナ)によれば、第1のカバー基板2に、ミラー形成基板1の各パッド13それぞれと接合されて電気的に接続されたシリコンからなる複数の導電部202が、第2のカバー基板2の厚み寸法内で設けられ、且つ、各導電部202と実装基板5において導電部202それぞれに対応付けられた各導体パターン502とが、導電部202と導体パターン502とに跨って形成された半田部6を介して電気的に接続されている。しかして、本実施形態のMEMSデバイスでは、ボンディングワイヤを用いることなく、第1のカバー基板2を通してミラー形成基板1のパッド13と実装基板5の導体パターン502とを電気的に接続でき、且つ、ボンディングワイヤを保護する樹脂を設ける必要がないのでミラー形成基板1に不要な応力がかかるのを抑制しつつ電気的な接続信頼性を高めることが可能となる。   According to the MEMS device (optical scanner) of the present embodiment described above, a plurality of conductive layers made of silicon bonded to and electrically connected to the respective pads 13 of the mirror forming substrate 1 to the first cover substrate 2. The portion 202 is provided within the thickness dimension of the second cover substrate 2, and each conductive portion 202 and each conductor pattern 502 associated with each conductive portion 202 in the mounting substrate 5 are connected to the conductive portion 202 and the conductor. It is electrically connected via the solder part 6 formed across the pattern 502. Thus, in the MEMS device of the present embodiment, the pad 13 of the mirror forming substrate 1 and the conductor pattern 502 of the mounting substrate 5 can be electrically connected through the first cover substrate 2 without using a bonding wire, and Since it is not necessary to provide a resin for protecting the bonding wire, it is possible to improve electrical connection reliability while suppressing unnecessary stress from being applied to the mirror forming substrate 1.

また、本実施形態のMEMSデバイスでは、導電部202が、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1側とは反対側において第1のカバー基板2の厚み寸法内で第1のカバー基板2の側面まで延設されているので、導電部202と導体パターン502との接続信頼性を向上させることが可能となる。   Further, in the MEMS device of the present embodiment, the conductive portion 202 of the first cover substrate 2 is within the thickness dimension of the first cover substrate 2 on the opposite side of the first cover substrate 2 from the mirror forming substrate 1 side. Since it extends to the side surface, the connection reliability between the conductive portion 202 and the conductor pattern 502 can be improved.

また、本実施形態のMEMSデバイスでは、MEMSチップ4において、ミラー形成基板1の周部を構成する外側フレーム部10と第1のカバー基板2と第2のカバー基板3とで囲まれた空間が気密空間としてあるので、デバイス特性(本実施形態では、可動部20の機械振れ角)の向上を図れる。   Further, in the MEMS device of the present embodiment, in the MEMS chip 4, a space surrounded by the outer frame portion 10, the first cover substrate 2, and the second cover substrate 3 constituting the peripheral portion of the mirror forming substrate 1 is formed. Since it is an airtight space, it is possible to improve device characteristics (in this embodiment, the mechanical deflection angle of the movable portion 20).

また、本実施形態のMEMSデバイスでは、MEMSチップ4の上記気密空間を真空雰囲気としてあり、第2のカバー基板3において上記気密空間に臨む部位にゲッタ9が配置されているので、上記気密空間の真空度を高めることができるとともに、上記気密空間の真空度の変化を抑制することができ、真空度の変化に起因したデバイス特性(本実施形態では、可動部20の機械振れ角)の変化を防止することができる。なお、MEMSチップ4の構造によっては、第1のカバー基板2において上記気密空間に臨む部位にゲッタ9を配置するようにしてもよいし、第1のカバー基板2と第2のカバー基板3の両方にゲッタ9を配置するようにしてもよい。   Further, in the MEMS device of the present embodiment, the airtight space of the MEMS chip 4 is a vacuum atmosphere, and the getter 9 is disposed in a portion of the second cover substrate 3 facing the airtight space. The degree of vacuum can be increased and the change in the degree of vacuum in the hermetic space can be suppressed, and the change in device characteristics (in this embodiment, the mechanical deflection angle of the movable portion 20) due to the change in degree of vacuum can be reduced. Can be prevented. Depending on the structure of the MEMS chip 4, the getter 9 may be disposed at a portion of the first cover substrate 2 that faces the airtight space, or the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 may be disposed. You may make it arrange | position the getter 9 in both.

(実施形態2)
本実施形態では、MEMSデバイスの一例として、実施形態1と同様、光スキャナを例示する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, as an example of a MEMS device, an optical scanner is illustrated as in the first embodiment.

以下、本実施形態の光スキャナについて図6〜図8を参照しながら説明する。   Hereinafter, the optical scanner of this embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態のMEMSデバイスの基本構成は実施形態1と略同じであって、可動部20および第1のカバー基板2などの構造が相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。   The basic configuration of the MEMS device of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the structures of the movable portion 20 and the first cover substrate 2 are different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態では、可動部20が、外側フレーム部10に一対の捩りばね部30,30(以下、第1の捩りばね部30,30と称する)を介して揺動自在に支持された枠状(ここでは、矩形枠状)の可動フレーム部23と、可動フレーム部23の内側に配置されミラー面21が設けられた平面視矩形状のミラー部24と、可動フレーム部23の内側でミラー部24を挟む形で配置され可動フレーム部23とミラー部24とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部25,25(以下、第2の捩りばね部25,25と称する)とを有している。   In the present embodiment, the movable portion 20 is a frame-like shape that is swingably supported by the outer frame portion 10 via a pair of torsion spring portions 30 and 30 (hereinafter referred to as first torsion spring portions 30 and 30). A movable frame portion 23 (here, a rectangular frame shape), a mirror portion 24 having a rectangular shape in plan view provided on the inner side of the movable frame portion 23 and provided with a mirror surface 21, and a mirror portion inside the movable frame portion 23 And a pair of torsion spring portions 25 and 25 (hereinafter referred to as second torsion spring portions 25 and 25) that are arranged so as to sandwich 24 and connect the movable frame portion 23 and the mirror portion 24 and can be torsionally deformed. is doing.

第2の捩りばね部25,25は、第1の捩りばね部30,30の並設方向(y軸方向)とは直交する方向(x軸方向)に並設されている。要するに、可動部20は、一対の第2の捩りばね部25,25がx軸方向に並設されており、ミラー部24が、可動フレーム部23に対して一対の第2の捩りばね部25,25の回りで変位可能となっている(x軸方向の軸回りで回動可能となっている)。つまり、一対の第2の捩りばね部25,25は、可動フレーム部23に対してミラー部24が揺動自在となるように可動フレーム部23とミラー部24とを連結している。言い換えれば、可動フレーム部23の内側に配置されるミラー部24は、ミラー部24から相反する2方向へ連続一体に延長された2つの第2の捩りばね部25,25を介して可動フレーム部23に揺動自在に支持されている。ここで、一対の第2の捩りばね部25,25は、両者のx軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視でミラー部24の重心を通るように形成されている。なお、各第2の捩りばね部25,25は、厚み寸法(z軸方向の寸法)を30μm、幅寸法(y軸方向の寸法)を、30μmに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、ミラー部24およびミラー面21の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、可動フレーム部23の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。   The second torsion spring portions 25, 25 are arranged in parallel in a direction (x-axis direction) orthogonal to the parallel arrangement direction (y-axis direction) of the first torsion spring portions 30, 30. In short, the movable portion 20 has a pair of second torsion spring portions 25, 25 arranged in parallel in the x-axis direction, and the mirror portion 24 is a pair of second torsion spring portions 25 with respect to the movable frame portion 23. , 25 (displaceable around the axis in the x-axis direction). That is, the pair of second torsion spring portions 25, 25 connect the movable frame portion 23 and the mirror portion 24 so that the mirror portion 24 can swing with respect to the movable frame portion 23. In other words, the mirror part 24 disposed inside the movable frame part 23 is movable frame part via two second torsion spring parts 25, 25 extended continuously and integrally from the mirror part 24 in two opposite directions. 23 is swingably supported. Here, the pair of second torsion spring portions 25 and 25 are formed such that a straight line connecting the center lines along the x-axis direction passes through the center of gravity of the mirror portion 24 in plan view. Each of the second torsion springs 25 and 25 has a thickness dimension (z-axis direction dimension) set to 30 μm and a width dimension (y-axis direction dimension) set to 30 μm. There is no particular limitation. Moreover, the planar view shape of the mirror part 24 and the mirror surface 21 is not restricted to a rectangular shape, For example, a circular shape may be sufficient. Further, the inner peripheral shape of the movable frame portion 23 is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, for example.

上述の説明から分かるように、ミラー部24は、一対の第1の捩りばね部30,30の軸回りの回動と、一対の第2の捩りばね部25,25の軸回りの回動とが可能である。要するに、ミラー部24のミラー面21が、2次元的に回動可能に構成されている。ここにおいて、可動部20は、可動フレーム部23における第1のカバー基板2側とは反対側に一体に設けられ可動フレーム部23を支持する枠状の支持体29を備えており、当該支持体29が可動フレーム部23と一体に回動可能となっている。   As can be seen from the above description, the mirror portion 24 is configured to rotate around the axis of the pair of first torsion spring portions 30 and 30 and rotate around the axis of the pair of second torsion spring portions 25 and 25. Is possible. In short, the mirror surface 21 of the mirror unit 24 is configured to be two-dimensionally rotatable. Here, the movable portion 20 includes a frame-like support body 29 that is integrally provided on the opposite side of the movable frame portion 23 to the first cover substrate 2 side, and supports the movable frame portion 23. 29 is rotatable integrally with the movable frame portion 23.

そこで、第2のカバー基板3は、ガラス基板300における凹部301の深さ寸法を実施形態1よりも大きく設定してある。   Therefore, in the second cover substrate 3, the depth dimension of the concave portion 301 in the glass substrate 300 is set larger than that in the first embodiment.

また、本実施形態では、外側フレーム部10に、3つのパッド13が平面視において一直線上に並ぶように略等間隔で並設されており、第1のカバー基板2に、各パッド13それぞれに電気的に接続される3つの導電部202が貫設され、各導電部202それぞれが延設部203を備えている。   Further, in the present embodiment, three pads 13 are arranged in parallel at substantially equal intervals so as to be aligned on the outer frame portion 10 in plan view, and each pad 13 is arranged on the first cover substrate 2. Three electrically conductive portions 202 that are electrically connected pass through, and each electrically conductive portion 202 includes an extending portion 203.

また、本実施形態のMEMSデバイスにおけるミラー形成基板1は、実施形態1と同様、可動部20において一対の第1の捩りばね部30,30を結ぶ方向(一対の第1の捩りばね部30,30の並設方向)に直交する方向(つまり、x軸方向)の両側それぞれに形成された櫛形状の可動電極22(以下、第1の可動電極22と称する)と、外側フレーム部10に形成され第1の可動電極22の複数の可動櫛歯片22bに対向する複数の固定櫛歯片12bを有する2つの櫛形状の固定電極12(以下、第1の固定電極12と称する)とを備えている。さらに、ミラー形成基板1は、ミラー部24において一対の第2の捩りばね部25,25を結ぶ方向(一対の第2の捩りばね部25,25の並設方向)に直交する方向(つまり、y軸方向)の両側それぞれに形成された櫛形状の第2の可動電極27と、可動フレーム部23に形成され第2の可動電極27の複数の可動櫛歯片27bに対向する複数の固定櫛歯片26bを有する2つの櫛形状の第2の固定電極26とを備えている。しかして、ミラー形成基板1は、第1の可動電極22と第1の固定電極12との組、第2の可動電極27と第2の固定電極26との組、それぞれが静電力により可動部20を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。   Moreover, the mirror formation board | substrate 1 in the MEMS device of this embodiment is the direction which connects a pair of 1st torsion spring parts 30 and 30 in the movable part 20 similarly to Embodiment 1 (a pair of 1st torsion spring parts 30, Comb-shaped movable electrodes 22 (hereinafter referred to as first movable electrodes 22) formed on both sides in a direction (that is, the x-axis direction) orthogonal to the direction of 30 parallel arrangements) and formed on the outer frame portion 10. And two comb-shaped fixed electrodes 12 (hereinafter referred to as first fixed electrodes 12) each having a plurality of fixed comb teeth 12b facing the plurality of movable comb teeth 22b of the first movable electrode 22. ing. Furthermore, the mirror forming substrate 1 is perpendicular to the direction in which the pair of second torsion spring portions 25, 25 are connected in the mirror portion 24 (the direction in which the pair of second torsion spring portions 25, 25 are arranged in parallel) (that is, Comb-shaped second movable electrodes 27 formed on both sides in the y-axis direction) and a plurality of fixed combs formed on the movable frame portion 23 and facing the plurality of movable comb teeth 27b of the second movable electrode 27 And two comb-shaped second fixed electrodes 26 having tooth pieces 26b. Thus, the mirror forming substrate 1 includes a set of the first movable electrode 22 and the first fixed electrode 12, a set of the second movable electrode 27 and the second fixed electrode 26, each of which is a movable part by electrostatic force. An electrostatic drive type driving means for driving 20 is configured.

上述の第2の固定電極26は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部26aが可動フレーム部23の一部により構成されており、櫛骨部26aにおけるミラー部24との対向面(可動フレーム部23におけるx軸方向に沿った内側面)には多数の固定櫛歯片26bが一対の第2の捩りばね部25,25の並設方向に沿って列設されている。一方、第2の可動電極27はミラー部24の一部により構成されており、第2の固定電極26の櫛骨部26a側の側面(ミラー部24におけるx軸方向に沿った側面)には、固定櫛歯片26bにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片27bが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の第2の固定電極26と櫛形状の第2の可動電極27とは、櫛骨部26a,27aが互いに対向し、第2の固定電極26の各固定櫛歯片26bが第2の可動電極27の櫛溝に入り組んでいる。したがって、第2の固定電極26と第2の可動電極27とは、固定櫛歯片26bと可動櫛歯片27bとが、x軸方向において互いに離間している。しかして、ミラー形成基板1では、第2の固定電極26と第2の可動電極27との間に電圧が印加されることにより、第2の固定電極26と第2の可動電極27との間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、x軸方向における固定櫛歯片26bと可動櫛歯片27bとの間の隙間は、例えば、2μm〜5μm程度の範囲で適宜設定すればよい。   The above-mentioned second fixed electrode 26 has a comb shape in plan view, the comb bone portion 26a is constituted by a part of the movable frame portion 23, and the surface of the comb bone portion 26a facing the mirror portion 24 ( A large number of fixed comb teeth 26b are arranged in a line along the direction in which the pair of second torsion springs 25, 25 are arranged on the inner surface of the movable frame 23 along the x-axis direction. On the other hand, the second movable electrode 27 is configured by a part of the mirror portion 24, and the side surface of the second fixed electrode 26 on the side of the comb portion 26 a (the side surface along the x-axis direction in the mirror portion 24). A large number of movable comb teeth 27b facing the fixed comb teeth 26b are arranged in the parallel direction. Here, in the comb-shaped second fixed electrode 26 and the comb-shaped second movable electrode 27, the comb bone portions 26a and 27a are opposed to each other, and each fixed comb tooth piece 26b of the second fixed electrode 26 is The second movable electrode 27 is inserted into the comb groove. Therefore, the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27 are such that the fixed comb tooth piece 26b and the movable comb tooth piece 27b are separated from each other in the x-axis direction. Thus, in the mirror forming substrate 1, a voltage is applied between the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27, so that a gap between the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27 is obtained. An electrostatic force acting in a direction attracting each other is generated. In addition, what is necessary is just to set the clearance gap between the fixed comb-tooth piece 26b in the x-axis direction and the movable comb-tooth piece 27b suitably in the range of about 2 micrometers-5 micrometers, for example.

ミラー形成基板1は、外側フレーム部10において第1のシリコン層100aにより形成された部位に複数(図示例では、3つ)のスリット10aを形成するとともに、可動部20の可動フレーム部23において第1のシリコン層100aにより形成された部位に複数(図示例では、4つ)のスリット20aを形成することにより、3つのパッド13のうち図6における真ん中のパッド13(13b)が各第1の固定電極12と電気的に接続されて同電位となり、右側のパッド13(13a)が各第1の可動電極22および各第2の固定電極26と電気的に接続されて同電位となり、左側のパッド13(13c)がミラー部24の各第2の可動電極27と電気的に接続されて同電位となっている。   The mirror forming substrate 1 is formed with a plurality of (three in the illustrated example) slits 10 a in the portion formed by the first silicon layer 100 a in the outer frame portion 10, and at the movable frame portion 23 of the movable portion 20. A plurality of (four in the illustrated example) slits 20a are formed in a portion formed by one silicon layer 100a, so that among the three pads 13, the middle pad 13 (13b) in FIG. The right pad 13 (13a) is electrically connected to the first movable electrode 22 and the second fixed electrode 26 to have the same potential by being electrically connected to the fixed electrode 12. The pad 13 (13c) is electrically connected to each second movable electrode 27 of the mirror portion 24 and has the same potential.

ここで、外側フレーム部10の複数のスリット10aは絶縁層100cに達する深さで形成されている。本実施形態においても、実施形態1と同様、各スリット10aをトレンチとし、各スリット10aの平面視形状を外側フレーム部10の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部10にスリット10aを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部10と第1のカバー基板2との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部10と第1のカバー基板2と第2のカバー基板3とで囲まれる空間の気密性を確保している。   Here, the plurality of slits 10a of the outer frame portion 10 are formed with a depth reaching the insulating layer 100c. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, each slit 10a is a trench, and the shape of each slit 10a in plan view is a shape that does not open to the outer surface side of the outer frame portion 10, so that the outer frame portion 10 has a slit. While adopting the structure in which 10a is formed, it is possible to prevent the bonding property between the outer frame portion 10 and the first cover substrate 2 from being lowered, and to prevent the outer frame portion 10, the first cover substrate 2 and the second cover from being deteriorated The airtightness of the space surrounded by the substrate 3 is ensured.

また、可動部20における可動フレーム部23の各スリット20aは、トレンチとしてあり、SOI基板100の絶縁層100cの一部と第2のシリコン層100bの一部とで構成される上述の支持体29における絶縁層100cに達する深さに形成してある。要するに、本実施形態では、可動フレーム部23に複数のスリット20aを形成した構成を採用しながらも支持体29により可動フレーム部23を支持しているので、可動フレーム部23と支持体29とが、一対の第1の捩りばね部30,30の軸回りで一体に回動可能となっている。ここにおいて、支持体29は、可動フレーム部23のうち各固定櫛歯片26bおよび各可動櫛歯片22bを除く部位を覆う枠状(矩形枠状)に形成されている(図8参照)。また、可動フレーム部23の複数のトレンチ20aは、支持体29を含めた可動部20の重心が、平面視において一対の第1の捩りばね部30,30のy軸方向に沿った中心線を結ぶ直線の略真ん中に位置するように形状設計してある。しかして、可動部20が一対の第1の捩りばね部30,30の軸回りでスムーズに揺動し、反射光のスキャンが適正に行われる。なお、本実施形態では、支持体29において第2のシリコン層100bにより構成される部位の厚さを外側フレーム部10において第2のシリコン層100bにより構成される部位と同じ厚さに設定してあるが、同じに限らず、厚くしてもよいし薄くしてもよい。   In addition, each slit 20a of the movable frame portion 23 in the movable portion 20 is a trench, and the above-described support 29 is configured by a part of the insulating layer 100c of the SOI substrate 100 and a part of the second silicon layer 100b. The depth reaches the insulating layer 100c. In short, in this embodiment, since the movable frame portion 23 is supported by the support body 29 while adopting the configuration in which the plurality of slits 20a are formed in the movable frame portion 23, the movable frame portion 23 and the support body 29 are provided with each other. The pair of first torsion spring portions 30 and 30 can be integrally rotated around the axis. Here, the support body 29 is formed in a frame shape (rectangular frame shape) that covers a portion of the movable frame portion 23 excluding each fixed comb tooth piece 26b and each movable comb tooth piece 22b (see FIG. 8). In addition, the plurality of trenches 20a of the movable frame portion 23 has the center of gravity of the movable portion 20 including the support 29 centered along the y-axis direction of the pair of first torsion spring portions 30 and 30 in plan view. The shape is designed so that it is positioned approximately in the middle of the connecting straight line. Accordingly, the movable portion 20 smoothly swings around the axis of the pair of first torsion spring portions 30 and 30, and the reflected light is properly scanned. In the present embodiment, the thickness of the portion constituted by the second silicon layer 100b in the support 29 is set to the same thickness as the portion constituted by the second silicon layer 100b in the outer frame portion 10. Although it is not limited to the same, it may be thicker or thinner.

本実施形態のMEMSデバイスでは、例えば、第1の可動電極22および第2の固定電極26が電気的に接続されたパッド13aの電位を基準電位として、第1の固定電極12および第2の可動電極27それぞれの電位を周期的に変化させることにより、可動部20を一対の第1の捩りばね部30,30の軸回りで回動させることができるとともに、ミラー部24を一対の第2の捩りばね部25,25の軸回りで回動させることができる。要するに、一対のパッド13b,13aを通して、対向する第1の固定電極12と第1の可動電極22との間に可動部20を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、第1の固定電極12・第1の可動電極22間に静電力が発生し、可動部20がy軸方向の軸回りで回動し、また、一対のパッド13a,13cを通して、対向する第2の固定電極26と第2の可動電極27との間にミラー部24を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、第2の固定電極26・第2の可動電極27間に静電力が発生し、ミラー部24がx軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態のMEMSデバイスでは、第1の固定電極12・第1の可動電極22間に所定の第1の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部20全体を揺動させることができ、さらに、第2の固定電極26・第2の可動電極27間に所定の第2の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部20のミラー部24を揺動させることができる。なお、本実施形態におけるミラー形成基板1は、外側フレーム部10と第1のカバー基板2とで囲まれた空間側において、第1のシリコン層100aの反射膜21aが形成されていない部位の表面に、シリコン酸化膜111a(図10(c)参照)が形成されている。   In the MEMS device of the present embodiment, for example, the first fixed electrode 12 and the second movable electrode 12 are set using the potential of the pad 13a to which the first movable electrode 22 and the second fixed electrode 26 are electrically connected as a reference potential. By periodically changing the potential of each of the electrodes 27, the movable portion 20 can be rotated about the axis of the pair of first torsion spring portions 30, 30, and the mirror portion 24 can be turned to the pair of second torsion springs. The torsion springs 25 and 25 can be rotated around the axis. In short, by applying a pulse voltage for driving the movable portion 20 between the first fixed electrode 12 and the first movable electrode 22 facing each other through the pair of pads 13b and 13a, the first fixed electrode 12 is provided. An electrostatic force is generated between the first movable electrodes 22, the movable portion 20 rotates about the axis in the y-axis direction, and the second fixed electrode 26 and the second electrode 26 facing each other through the pair of pads 13 a and 13 c. By applying a pulse voltage for driving the mirror portion 24 between the two movable electrodes 27, an electrostatic force is generated between the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27, and the mirror portion 24 It rotates around the axis in the axial direction. Therefore, in the MEMS device of this embodiment, an electrostatic force is periodically generated by applying a pulse voltage having a predetermined first driving frequency between the first fixed electrode 12 and the first movable electrode 22. Further, the entire movable part 20 can be swung, and the period can be increased by applying a pulse voltage having a predetermined second driving frequency between the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27. Thus, electrostatic force can be generated and the mirror part 24 of the movable part 20 can be swung. The mirror forming substrate 1 in the present embodiment is a surface of a portion where the reflective film 21a of the first silicon layer 100a is not formed on the space side surrounded by the outer frame portion 10 and the first cover substrate 2. In addition, a silicon oxide film 111a (see FIG. 10C) is formed.

本実施形態のMEMSデバイスでは、第1の固定電極12・第1の可動電極22間に、可動部20と一対の第1の捩りばね部30,30とにより構成される振動系の共振周波数の略2倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部20が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角(xy平面に平行な水平面を基準としたときの傾き)が大きくなる。また、本実施形態のMEMSデバイスでは、第2の固定電極26・第2の可動電極27間に、ミラー部24と一対の第2の捩りばね部25,25とにより構成される振動系の共振周波数の略2倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、ミラー部24が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角(可動フレーム部23における第1のカバー基板2側の表面に平行な面を基準としたときの傾き)が大きくなる。   In the MEMS device of the present embodiment, the resonance frequency of the vibration system configured by the movable portion 20 and the pair of first torsion spring portions 30 and 30 is between the first fixed electrode 12 and the first movable electrode 22. By applying a pulse voltage having a frequency approximately doubled, the movable portion 20 is driven with a resonance phenomenon, and the mechanical deflection angle (inclination with respect to a horizontal plane parallel to the xy plane) is increased. Further, in the MEMS device of the present embodiment, the resonance of the vibration system configured by the mirror portion 24 and the pair of second torsion spring portions 25 and 25 between the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27. By applying a pulse voltage having a frequency that is approximately twice the frequency, the mirror unit 24 is driven with a resonance phenomenon, and a mechanical deflection angle (a surface parallel to the surface of the movable frame unit 23 on the first cover substrate 2 side). (Slope with respect to) increases.

以下、本実施形態におけるMEMSチップ4の製造方法について図9および図10を参照しながら説明するが、図9(a)〜(c)および図10(a)〜(c)は図6のA−B断面に対応する部分の概略断面を示している。   Hereinafter, a method for manufacturing the MEMS chip 4 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIGS. 9A to 9C and FIGS. 10A to 10C are illustrated in FIG. The schematic cross section of the part corresponding to -B cross section is shown.

まず、半導体基板であるSOI基板100における第1のシリコン層100aのうち、外側フレーム部10に対応する領域よりも内側の領域を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して薄くする。その後、SOI基板100の上記一表面側および上記他表面側それぞれに熱酸化法などによりシリコン酸化膜111a,111bを形成する酸化膜形成工程を行うことによって、図9(a)に示す構造を得る。   First, in the first silicon layer 100a of the SOI substrate 100 that is a semiconductor substrate, a region inside the region corresponding to the outer frame portion 10 is thinned by using a photolithography technique and an etching technique. Thereafter, an oxide film forming step for forming silicon oxide films 111a and 111b on the one surface side and the other surface side of the SOI substrate 100 by a thermal oxidation method or the like is performed, thereby obtaining the structure shown in FIG. .

その後、SOI基板100の上記一表面側のシリコン酸化膜111aのうち可動部20において反射膜21aの形成予定領域以外の部分、第1の捩りばね部30,30などに対応する部位などが残るように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第1のシリコン層100aをパターニングする第1のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図9(b)に示す構造を得る。   Thereafter, a portion of the silicon oxide film 111a on the one surface side of the SOI substrate 100 other than the region where the reflective film 21a is to be formed in the movable portion 20, a portion corresponding to the first torsion spring portions 30, 30, and the like remain. Further, a structure shown in FIG. 9B is obtained by performing a first silicon layer patterning step of patterning the first silicon layer 100a using a photolithography technique and an etching technique.

その後、SOI基板100の上記一表面側に所定膜厚(例えば、500nm)の金属膜(例えば、Al膜など)をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行い、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド13および反射膜21aを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図9(c)に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド13と反射膜21aとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド13と反射膜21aとを同時に形成しているが、各パッド13と反射膜21aとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド13を形成するパッド形成工程と反射膜21aを形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよい。   Thereafter, a metal film forming step of forming a metal film (for example, an Al film) having a predetermined film thickness (for example, 500 nm) on the one surface side of the SOI substrate 100 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like is performed. Then, by performing a metal film patterning step of forming each pad 13 and the reflective film 21a by patterning the metal film using an etching technique, the structure shown in FIG. 9C is obtained. In this embodiment, since the material and film thickness of each pad 13 and the reflective film 21a are set to be the same, each pad 13 and the reflective film 21a are formed simultaneously. When the material and film thickness of the film 21a are different, the pad forming process for forming each pad 13 and the reflective film forming process for forming the reflective film 21a may be provided separately.

上述の各パッド13および反射膜21aを形成した後、SOI基板100の上記一表面側で、第1のシリコン層100aのうち可動フレーム部23、ミラー部24、一対の第1の捩りばね部30,30、一対の第2の捩りばね部25,25、外側フレーム部10、各第1の固定電極12、各第2の可動電極22、各第2の固定電極26、各第2の可動電極27に対応する部位を覆うようにパターニングされた第1のレジスト層107を形成する。そして、第1のレジスト層107をマスクとして、第1のシリコン層100aをエッチングすることにより第1のシリコン層100aをパターニングする第1のシリコン層パターニング工程(表面側パターニング工程)を行うことによって、図10(a)に示す構造を得る。この第1のシリコン層パターニング工程では、第1のシリコン層100aを絶縁層100cに達する深さ(第1の所定深さ)までエッチングする。第1のシリコン層パターニング工程での第1のシリコン層100aのエッチングは、誘導結合プラズマ(ICP)型のエッチング装置などの異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第1のシリコン層パターニング工程では、絶縁層100cをエッチングストッパ層として利用している。   After forming each of the pads 13 and the reflective film 21a, the movable frame portion 23, the mirror portion 24, and the pair of first torsion spring portions 30 in the first silicon layer 100a are formed on the one surface side of the SOI substrate 100. , 30, a pair of second torsion spring portions 25, 25, the outer frame portion 10, each first fixed electrode 12, each second movable electrode 22, each second fixed electrode 26, and each second movable electrode A first resist layer 107 is formed so as to cover a portion corresponding to 27. Then, by performing a first silicon layer patterning step (surface-side patterning step) in which the first silicon layer 100a is patterned by etching the first silicon layer 100a using the first resist layer 107 as a mask. The structure shown in FIG. In the first silicon layer patterning step, the first silicon layer 100a is etched to a depth that reaches the insulating layer 100c (first predetermined depth). Etching of the first silicon layer 100a in the first silicon layer patterning step may be performed by a dry etching apparatus capable of highly anisotropic etching such as an inductively coupled plasma (ICP) type etching apparatus. In the first silicon layer patterning step, the insulating layer 100c is used as an etching stopper layer.

上述の第1のシリコン層パターニング工程の後、SOI基板100の上記一表面側の第1のレジスト層107を除去する。その後、SOI基板100の上記一表面側の全面に第2のレジスト層108を形成し、続いて、SOI基板100の他表面側で、第2のシリコン層100bのうち外側フレーム部10、支持体29に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第3のレジスト層109を形成する。その後、第3のレジスト層109をマスクとして、第2のシリコン層100bをエッチングすることにより第2のシリコン層100bをパターニングする第2のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図10(b)に示す構造を得る。この第2のシリコン層パターニング工程では、絶縁層100cに達する深さ(第2の所定深さ)までエッチングする。第2のシリコン層パターニング工程での第2のシリコン層100bのエッチングは、誘導結合プラズマ(ICP)型のエッチング装置などの異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第2のシリコン層パターニング工程では、絶縁層100cをエッチングストッパ層として利用している。   After the first silicon layer patterning step, the first resist layer 107 on the one surface side of the SOI substrate 100 is removed. Thereafter, a second resist layer 108 is formed on the entire surface of the SOI substrate 100 on the one surface side, and then, on the other surface side of the SOI substrate 100, the outer frame portion 10 and the support body of the second silicon layer 100b. A third resist layer 109 patterned so as to expose portions other than those corresponding to 29 is formed. Thereafter, by performing a second silicon layer patterning step of patterning the second silicon layer 100b by etching the second silicon layer 100b using the third resist layer 109 as a mask, FIG. Get the structure shown. In this second silicon layer patterning step, etching is performed to a depth (second predetermined depth) reaching the insulating layer 100c. Etching of the second silicon layer 100b in the second silicon layer patterning step may be performed by a dry etching apparatus that has high anisotropy and enables vertical deepening, such as an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus. In the second silicon layer patterning step, the insulating layer 100c is used as an etching stopper layer.

上述の第2のシリコン層パターニング工程の後、SOI基板100の絶縁層100cの不要部分をSOI基板100の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板1を形成する。続いて、第2のレジスト層108および第3のレジスト層109を除去する。その後、ミラー形成基板1と、第1のカバー基板2および第2のカバー基板3とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図10(c)に示す構造のMEMSチップ4を得る。ここにおいて、接合工程では、ミラー形成基板1のミラー面21を保護する観点から、第1のカバー基板2とミラー形成基板1とを接合する第1の接合過程を行ってから、ミラー形成基板1と第2のカバー基板3とを接合する第2の接合過程を行うことが好ましい。なお、第1のシリコン層パターニング工程の後に、SOI基板100と第1のカバー基板2とを接合し、その後、第2のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板1を形成し、その後、ミラー形成基板1と第2のカバー基板3とを接合するようにしてもよい。   After the second silicon layer patterning step, the mirror forming substrate 1 is formed by performing an insulating layer patterning step of etching unnecessary portions of the insulating layer 100c of the SOI substrate 100 from the other surface side of the SOI substrate 100. Subsequently, the second resist layer 108 and the third resist layer 109 are removed. Thereafter, the MEMS chip 4 having the structure shown in FIG. 10C is obtained by performing a bonding step of bonding the mirror forming substrate 1 to the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 by anodic bonding or the like. . Here, in the bonding step, from the viewpoint of protecting the mirror surface 21 of the mirror forming substrate 1, after performing a first bonding process for bonding the first cover substrate 2 and the mirror forming substrate 1, the mirror forming substrate 1. It is preferable to perform a second joining process for joining the first cover substrate 3 and the second cover substrate 3. Note that, after the first silicon layer patterning step, the SOI substrate 100 and the first cover substrate 2 are bonded together, and then the second silicon layer patterning step and the insulating layer patterning step are performed, whereby the mirror forming substrate 1 is formed. Then, the mirror forming substrate 1 and the second cover substrate 3 may be bonded.

ところで、本実施形態におけるMEMSチップ4の製造方法では、実施形態1と同様、
接合工程が終了するまでの全工程をミラー形成基板1および各カバー基板2,3それぞれについてウェハレベルで行うことでMEMSチップ4を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のMEMSチップ4に分割する分割工程を行うようにしている。要するに、本実施形態におけるMEMSチップ4の製造方法では、ミラー形成基板1を複数形成した第1のウェハと、第1のカバー基板2を複数形成した第2のウェハおよび第2のカバー基板3を複数形成した第3のウェハとを接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成した後、ウェハレベルパッケージ構造体からミラー形成基板1の外形サイズに分割するようにしているので、各カバー基板2,3の平面サイズをミラー形成基板1の外形サイズに合わせることができる。
By the way, in the manufacturing method of the MEMS chip 4 in the present embodiment, as in the first embodiment,
A wafer level package structure including a plurality of MEMS chips 4 is formed by performing all processes up to the end of the bonding process at the wafer level for each of the mirror forming substrate 1 and each of the cover substrates 2 and 3. A dividing step of dividing the package structure into individual MEMS chips 4 is performed. In short, in the manufacturing method of the MEMS chip 4 in the present embodiment, the first wafer on which a plurality of mirror forming substrates 1 are formed, the second wafer on which a plurality of first cover substrates 2 are formed, and the second cover substrate 3 are provided. After the wafer level package structure is formed by joining a plurality of formed third wafers, the wafer level package structure is divided into the outer size of the mirror forming substrate 1. 3 plane size can be matched with the external size of the mirror forming substrate 1.

以上説明した本実施形態のMEMSデバイス(光スキャナ)によれば、実施形態1と同様、第1のカバー基板2に、ミラー形成基板1の各パッド13それぞれと接合されて電気的に接続されたシリコンからなる複数の導電部202が、第2のカバー基板2の厚み寸法内で設けられ、且つ、各導電部202と実装基板5において導電部202それぞれに対応付けられた各導体パターン502とが、導電部202と導体パターン502とに跨って形成された半田部6を介して電気的に接続されている。しかして、本実施形態のMEMSデバイスでは、ボンディングワイヤを用いることなく、第1のカバー基板2を通してミラー形成基板1のパッド13と実装基板5の導体パターン502とを電気的に接続でき、且つ、ボンディングワイヤを保護する樹脂を設ける必要がないのでミラー形成基板1に不要な応力がかかるのを抑制しつつ電気的な接続信頼性を高めることが可能となる。   According to the MEMS device (optical scanner) of the present embodiment described above, each pad 13 of the mirror forming substrate 1 is joined and electrically connected to the first cover substrate 2 as in the first embodiment. A plurality of conductive parts 202 made of silicon are provided within the thickness dimension of the second cover substrate 2, and each conductive part 202 and each conductive pattern 502 associated with each conductive part 202 in the mounting substrate 5 are provided. The conductive portion 202 and the conductive pattern 502 are electrically connected via the solder portion 6 formed over the conductive portion 202 and the conductive pattern 502. Thus, in the MEMS device of the present embodiment, the pad 13 of the mirror forming substrate 1 and the conductor pattern 502 of the mounting substrate 5 can be electrically connected through the first cover substrate 2 without using a bonding wire, and Since it is not necessary to provide a resin for protecting the bonding wire, it is possible to improve electrical connection reliability while suppressing unnecessary stress from being applied to the mirror forming substrate 1.

また、本実施形態のMEMSデバイスにおいても、導電部202が、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1側とは反対側において第1のカバー基板2の厚み寸法内で第1のカバー基板2の側面まで延設されているので、導電部202と導体パターン502との接続信頼性を向上させることが可能となる。   Also in the MEMS device of the present embodiment, the conductive portion 202 has the first cover substrate 2 within the thickness dimension of the first cover substrate 2 on the opposite side of the first cover substrate 2 from the mirror forming substrate 1 side. Therefore, the connection reliability between the conductive portion 202 and the conductor pattern 502 can be improved.

また、本実施形態のMEMSデバイスでは、ミラー形成基板1が、上述の、外側フレーム部10、一対の第1の捩ればね部30,30、可動フレーム部23、一対の第2の捩ればね部25,25、ミラー部24、各第1の固定電極12、各第1の可動電極22、各第2の固定電極26、および各第2の可動電極27を有し、各第1の可動電極22、各第1の固定電極12、各第2の可動電極27、各第2の固定電極26それぞれに電気的に接続された各パッド13が、外側フレーム部10に配置されているので、ミラー部24が、一対の第1の捩りばね部30,30の軸回りの回動と、一対の第2の捩りばね部25,25の軸回りの回動とが可能であり、しかも、各パッド13と各導電部202との接合信頼性を高めることができる。   Further, in the MEMS device of the present embodiment, the mirror forming substrate 1 includes the outer frame portion 10, the pair of first twisted portions 30, 30, the movable frame portion 23, and the pair of second twisted portions 25. , 25, the mirror section 24, the first fixed electrodes 12, the first movable electrodes 22, the second fixed electrodes 26, and the second movable electrodes 27, and the first movable electrodes 22. Since each pad 13 electrically connected to each first fixed electrode 12, each second movable electrode 27, and each second fixed electrode 26 is disposed on the outer frame portion 10, the mirror portion 24 can rotate around the axis of the pair of first torsion springs 30 and 30 and rotate around the axis of the pair of second torsion springs 25 and 25, and each pad 13. And the reliability of bonding between the conductive portions 202 can be improved.

ところで、上記各実施形態では、MEMSデバイスの一例として光スキャナについて例示したが、MEMSデバイスは、光スキャナに限らず、例えば、加速度センサやジャイロセンサ、マイクロリレー、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動式の発電デバイス、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたBAW(Bulk Acoustic Wave)共振装置、赤外線センサなどでもよい。   By the way, in each said embodiment, although illustrated about the optical scanner as an example of a MEMS device, a MEMS device is not restricted to an optical scanner, For example, the vibration which converts an acceleration sensor, a gyro sensor, a micro relay, vibration energy into electrical energy, for example. A power generation device of the type, a BAW (Bulk Acoustic Wave) resonance device including a resonator using a longitudinal vibration mode in the thickness direction of the piezoelectric layer, an infrared sensor, or the like may be used.

1 ミラー形成基板(デバイス本体)
2 第1のカバー基板(表面側保護基板)
3 第2のカバー基板(裏面側保護基板)
4 MEMSチップ
5 実装基板
6 半田部
9 ゲッタ
10 外側フレーム部
12 固定電極(第1の固定電極)
13 パッド
22 可動電極(第1の可動電極)
23 可動フレーム部
24 ミラー部
25 第2の捩ればね部
26 第2の固定電極
27 第2の可動電極
30 第1の捩ればね部
100 SOI基板(半導体基板)
202 導電部
203 延設部
501 凹部
502 導体パターン
1 Mirror forming substrate (device body)
2 First cover substrate (front side protection substrate)
3 Second cover substrate (back side protection substrate)
4 MEMS chip 5 Mounting substrate 6 Solder part 9 Getter 10 Outer frame part 12 Fixed electrode (first fixed electrode)
13 Pad 22 Movable electrode (first movable electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 Movable frame part 24 Mirror part 25 2nd twisting part 26 2nd fixed electrode 27 2nd movable electrode 30 1st twisting part 100 SOI substrate (semiconductor substrate)
202 Conductive part 203 Extension part 501 Concave part 502 Conductor pattern

Claims (6)

半導体基板を用いて形成され複数のパッドを一表面側に備えたデバイス本体、前記デバイス本体の前記一表面側に接合された表面側保護基板を有するMEMSチップと、前記MEMSチップが実装された実装基板とを備え、前記表面側保護基板は、前記デバイス本体の前記各パッドそれぞれと接合されて電気的に接続されたシリコンからなる複数の導電部が、前記表面側保護基板の厚み寸法内で設けられ、且つ、前記各導電部と前記実装基板において前記各導電部それぞれに対応付けられた各導体パターンとが、前記導電部と前記導体パターンとに跨って形成された半田部を介して電気的に接続されてなることを特徴とするMEMSデバイス。   A device body formed using a semiconductor substrate and provided with a plurality of pads on one surface side, a MEMS chip having a surface-side protective substrate bonded to the one surface side of the device body, and a mounting on which the MEMS chip is mounted A plurality of conductive portions made of silicon bonded to and electrically connected to each of the pads of the device body within the thickness dimension of the surface-side protection substrate. And each conductive part and each conductive pattern associated with each conductive part in the mounting substrate are electrically connected via a solder part formed across the conductive part and the conductive pattern. A MEMS device connected to the device. 前記導電部は、前記表面側保護基板における前記デバイス本体側とは反対側において前記表面側保護基板の前記厚み寸法内で前記表面側保護基板の側面まで延設されてなることを特徴とする請求項1記載のMEMSデバイス。   The conductive portion is extended to a side surface of the front surface side protective substrate within the thickness dimension of the front surface side protective substrate on a side opposite to the device main body side of the front surface side protective substrate. Item 2. The MEMS device according to Item 1. 前記MEMSチップは、前記デバイス本体の他表面側に接合された裏面側保護基板を備え、前記デバイス本体の周部と前記表面側保護基板と裏面側保護基板とで囲まれた空間を気密空間としてあることを特徴とする請求項1または請求項2記載のMEMSデバイス。   The MEMS chip includes a back surface side protective substrate bonded to the other surface side of the device body, and a space surrounded by the peripheral portion of the device body, the front surface side protective substrate, and the back surface side protective substrate is defined as an airtight space. The MEMS device according to claim 1, wherein the MEMS device is provided. 前記MEMSチップは、前記気密空間を真空雰囲気としてあり、前記表面側保護基板と前記裏面側保護基板との一方において前記気密空間に臨む部位にゲッタが配置されてなることを特徴とする請求項3記載のMEMSデバイス。   4. The MEMS chip according to claim 3, wherein the airtight space is in a vacuum atmosphere, and a getter is disposed at a portion facing the airtight space on one of the front surface side protective substrate and the back surface side protective substrate. The described MEMS device. 前記実装基板は、前記導体パターンを含む平面よりも凹んだ凹部を有し、当該凹部の内底面に前記MEMSチップが搭載されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のMEMSデバイス。   The said mounting substrate has a recessed part recessed from the plane containing the said conductor pattern, The said MEMS chip is mounted in the inner bottom face of the said recessed part, The any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. The MEMS device according to item. 前記デバイス本体は、前記一表面側において前記表面側保護基板の周部が接合される外側フレーム部と、前記外側フレーム部の内側に配置され一対の第1の捩ればね部を介して前記外側フレーム部により支持された可動フレーム部と、前記可動フレーム部の内側に位置し前記第1の捩ればね部の並設方向に直交する方向に並設された一対の第2の捩ればね部を介して前記可動フレーム部に支持されたミラー部と、前記外側フレーム部において前記可動フレーム部側に設けられた第1の固定電極と、前記可動フレーム部において前記外側フレーム部側に設けられた第1の可動電極と、前記可動フレーム部において前記ミラー部側に設けられた第2の固定電極と、前記ミラー部において前記可動フレーム部側に設けられた第2の可動電極とを有し、前記第1の可動電極、前記第1の固定電極、前記第2の可動電極、前記第2の固定電極それぞれに電気的に接続された前記各パッドは、前記外側フレーム部に配置されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のMEMSデバイス。   The device body includes an outer frame portion to which a peripheral portion of the surface-side protective substrate is bonded on the one surface side, and a pair of first twisted portions disposed on the inner side of the outer frame portion. Via a movable frame portion supported by a portion, and a pair of second twisted spring portions positioned inside the movable frame portion and juxtaposed in a direction perpendicular to the juxtaposed direction of the first twisted spring portions. A mirror part supported by the movable frame part, a first fixed electrode provided on the movable frame part side in the outer frame part, and a first provided on the outer frame part side in the movable frame part A movable electrode; a second fixed electrode provided on the mirror part side in the movable frame part; and a second movable electrode provided on the movable frame part side in the mirror part. Each pad electrically connected to each of the first movable electrode, the first fixed electrode, the second movable electrode, and the second fixed electrode is disposed on the outer frame portion. The MEMS device according to any one of claims 1 to 5, wherein
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